野生玉米挖出“宝藏基因”（视频中部分内容由AI生成）玉米是我国第一大粮食作物，素有“饲料之王”的美誉。但是，我国玉米蛋白含量普遍偏低，动物饲料的蛋白来源依赖豆粕。近日，针对这一问题，凯发k8分子植物凯发k8卓越创新中心团队等成功克隆出第二个高蛋白主效基因THP3-T。团队将该基因与前期挖掘的首个高蛋白基因THP9-T聚合后，玉米自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%，我国推广面积最大的玉米杂交种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升至12%到13%，全株蛋白含量从7%提升至9%以上，且产量保持稳定。我国玉米年产约3亿吨。如果全国饲用玉米蛋白含量能提升4个百分点达到12%以上，所增加的蛋白总量相当于3000多万吨大豆。可见，培育高蛋白玉米替代饲料中的豆粕，是缓解饲料蛋白短缺的有效途径之一。研究发现野生玉米蛋白含量可达30%，而在九千多年的驯化与现代育种历程中，缺乏针对蛋白含量的定向选择，使大部分优异基因在现代玉米中“丢失”。团队此前在野生玉米中挖掘到首个高蛋白基因THP9-T，初步提升了玉米主栽品种的蛋白含量，但要进一步提高玉米蛋白含量，依旧困难重重。经过多年攻关，科研团队创制了第二个高蛋白THP3的高世代遗传群体，通过精细定位和图位克隆，挖掘到第二个高蛋白基因THP3-T。多年多点的田间试验表明，在不影响产量的前提下，该基因可提高自交系籽粒蛋白含量，提升全株蛋白含量，并赋予植株在低氮条件下保持生物量及蛋白含量的氮高效特性。从机理来看，该基因编码氮代谢途径中的核心酶——谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1，凭借高酶活性增强氮同化能力，提高籽粒蛋白含量。群体遗传学分析显示，该基因启动子和编码区的优异变异，是蛋白含量提升的关键，但由于玉米驯化过程中缺乏选择，其在现代玉米中的存在频率仅为2.1%，非常稀有。研究还发现，THP3-T编码的谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1与THP9-T编码的天冬酰胺合成酶4，共同构成氮同化的核心代谢中心。两者聚合后，玉米自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%，效果远超单个基因的作用。将这两个基因导入杂交种郑单958后，玉米籽粒蛋白含量从8.5%提升至12%到13%，产量维持原有水平。这项研究在理论上揭示了高蛋白玉米形成的分子机制，并在应用层面提出了豆粕替代新路径。目前，团队已完成80余个国内玉米主栽品种亲本改良，其蛋白含量可提升至14%以上。团队下一步将探索构建从基因挖掘、种质创制到新型饲料加工的全产业链模式，助力粮食安全与农业新质生产力发展。相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。论文链接凯发k8家“找”回第二个野生玉米高蛋白基因