如何破解玉米高蛋白之谜？
中国科学院分子植物科学卓越创新中心的巫永睿团队与上海师范大学的王文琴团队合作，经过十年的努力，在《Nature》上发表了突破性研究，揭示了一种名为Teosinte High Protein 9 (THP9)的关键基因，它能够显著提高玉米种子中的蛋白质含量和氮素利用效率。
玉米，这一起源于墨西哥的作物，经过9000年的驯化，已经成为全球产量最高的作物之一，年产达12亿吨，其中中国年产2.7亿吨。玉米不仅被誉为“饲料之王”，其在饲料中的重要性不可小觑，70%的产量被用作饲料。随着人们对肉蛋奶需求的增加，玉米的需求也在上升，导致玉米进口量不断攀升。
然而，普通玉米的籽粒蛋白含量通常不足8%，这导致饲料中需要额外添加大豆蛋白。由于大豆依赖进口，这成为了中国畜禽养殖业的一个瓶颈。如果玉米蛋白含量能提高一个百分点，中国就可以减少近800万吨的大豆进口。
巫永睿团队自2012年起，致力于寻找玉米高蛋白的遗传资源，他们发现野生玉米在不施氮肥的情况下，种子蛋白含量高达30%，是现代玉米的三倍。这一发现指向了野生玉米中可能存在的关键基因。
通过先进的测序技术和三维基因组分析，研究团队成功拼装了野生玉米的基因组，并构建了高世代近等基因系群体。经过多代遗传材料的创制和大规模的DNA样本分析，他们最终克隆到了THP9基因。这一基因编码的天冬酰胺合成酶4 (ASN4)在氮代谢中发挥核心作用，与种子蛋白质含量密切相关。
将THP9基因导入现代玉米自交系B73后，种子蛋白质含量增加了约35%，植株的氮含量也有显著提升。在三亚南繁基地的田间试验中，将THP9基因导入中国主要的玉米品种郑单958，同样显著提高了籽粒蛋白含量。
这项研究成果不仅对现代玉米的遗传改良具有重要意义，还为减少化肥使用、保护生态环境提供了新的策略，为国家粮食安全和农业可持续发展贡献了新的解决方案。巫永睿和王文琴这对科研伉俪，一个在田间，一个在实验室，共同书写了植物研究的新篇章。目前，这项成果已经与育种公司合作，有望很快投入市场，为提高玉米蛋白含量开辟新途径。