从8%到14%,中国科学家十年不懈努力从野生玉米中成功克隆“关键基因” 破解玉米丢失的高蛋白“密码” |
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记者 黄海华 我国玉米年产量达2.7亿吨,如果普通玉米蛋白含量每提高一个百分点,相当于每年可减少进口近800万吨大豆。 经过十年不懈的努力,中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队与上海师范大学王文琴研究团队合作,从野生玉米中克隆到一个控制玉米高蛋白的关键基因,籽粒蛋白含量达到14%。相关研究成果于北京时间11月17日在国际顶尖学术期刊《自然》发表,这也是中国科学家在《自然》发表的第一篇玉米研究论文。 寻找丢失的“密码” 现代玉米是畜禽饲料中最主要的能量饲料,蛋白含量却不到8%。有意思的是,野生玉米蛋白含量高达30%,是现代玉米的3倍多。这意味着野生玉米含有控制高蛋白的优良基因。然而,这些丢失的高蛋白“密码”基因,科学家多年来一直都没找到。 研究团队兵分两路,一路解析基因组,另一路创制材料。 科学家们首先破解了高度复杂的野生玉米基因组。经过艰苦攻关,他们连续创制超过10代的遗传材料,提取超过4万个样本的DNA进行基因型鉴定,对超过2万个样本的蛋白含量进行表型分析,最终从野生玉米中克隆到首个控制玉米高蛋白含量的主效基因。 研究团队在三亚南繁基地进行了大规模田间试验,将野生玉米这一优良基因,杂交导入我国推广面积最大的玉米品种“郑单958”中,使种子蛋白含量增加了约35%。与此同时,在减少氮肥施用条件下,可以有效保持玉米产量。 辗转三地接力育种 喷药、采摘、蹬三轮……下田归来,科学家们总是衣衫尽湿。更有无数个蒙蒙亮的清晨,研究团队在办公室讨论得热火朝天。 每次收集花粉要给玉米套袋,玉米秆也要包起来。“今年我们种了10亩地,差不多是2万株,这就得套4万个袋子,从早上露水一干,一直要干到晚上。”巫永睿说。 为了抢时间,他们辗转上海、三亚和哈尔滨,这样一年可以收获三次。“有一年哈尔滨下暴雨,我们种的玉米都倒伏了,耽误了一季。”至今说起来,巫永睿的语气里都透着惋惜。 共同第一作者、博士后黄永财参与这一研究已经整整7年。2020年新冠疫情初起,他放弃回家过年,前往三亚基地,飞机上仅4名乘客。他每天早上5时就前往地里,工作了将近一个月,最终邮寄回沪70余袋玉米材料。 “了不起的工作”……多位专家不吝称赞之词,认为这项研究展示了利用作物的野生亲缘,实现可持续农业的巨大潜力。 |
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