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      1. 離“蛋白自由”的夢想又近一步,中國科學(xué)家成功從野生玉米中找回“丟失”的基因

        更新時間:2022-11-26 12:19:18作者:智慧百科

        離“蛋白自由”的夢想又近一步,中國科學(xué)家成功從野生玉米中找回“丟失”的基因


        文/奇來寒

        2022年第三季度,受原料進(jìn)口豆粕價格上漲影響,我國飼料價格不斷攀升,創(chuàng)近12年歷史新高。飼料中蛋白主要由豆粕提供,但中國大豆對進(jìn)口依存度高,容易形成畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。因此,尋找能夠替代豆粕的蛋白來源,對中國飼料加工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)來說意義重大。

        經(jīng)十年不懈努力,中國科研人員從野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品質(zhì)形成和氮素高效利用的關(guān)鍵變異基因。這不僅有利于現(xiàn)代栽培玉米提高籽粒蛋白含量,還可能指導(dǎo)未來減少化肥施用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

        近日,國際科學(xué)頂級期刊《自然》發(fā)表了這一成果。據(jù)悉,該研究由中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巫永睿研究團(tuán)隊與上海師范大學(xué)王文琴研究團(tuán)隊合作完成。

        找回丟失的高蛋白優(yōu)質(zhì)基因

        玉米的“祖先”起源于南美洲,又叫“大芻草”,經(jīng)過9000多年人工馴化,成功被改造成世界上產(chǎn)量最高的農(nóng)作物之一——現(xiàn)代玉米。據(jù)洞見研報發(fā)布的《2022年全球玉米產(chǎn)業(yè)分析》報告顯示,2021年,玉米全球年產(chǎn)量超過12億噸、中國年產(chǎn)量超2.7億噸,超過小麥成為最重要的谷物。與此同時,玉米作為高產(chǎn)農(nóng)作物之一,也是最重要的飼料谷物,其中超過70%被用作飼料。


        2021/22全球糧食產(chǎn)量,圖片:洞見研報

        眾所周知,玉米和豆粕同為飼料原料。由于我國普通玉米籽粒蛋白含量較低,不到8%,因此通過豆粕來補(bǔ)充原料中蛋白含量是我國目前所使用的方法。

        然而,我國豆粕卻嚴(yán)重依賴進(jìn)口,國內(nèi)需求的很大一部分仍由進(jìn)口來滿足。主要外國供應(yīng)商是巴西、美國、阿根廷和俄羅斯?!备鶕?jù)《2022年全球玉米產(chǎn)業(yè)分析》報告顯示,中國在2021銷售年度從美國購買了約8.45億蒲式耳玉米。


        2021年美國玉米的主要買家,圖片:洞見研報

        面對我國大豆對外依賴度較高的情況,中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿表示“如果把大豆導(dǎo)入到栽培玉米里面,整個蛋白含量就從8%提高到14%。玉米的蛋白含量每提高一個百分點,每年就可以少進(jìn)口700多萬噸大豆。”

        找回丟失的優(yōu)質(zhì)高蛋白基因,提高玉米蛋白含量不僅是保障國家糧食安全的重大戰(zhàn)略需求,也是為我國飼料加工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)謀求健康發(fā)展的一條重要途徑。

        然而,野生玉米高蛋白優(yōu)質(zhì)基因形成的機(jī)理是讓科學(xué)家們頭疼的世紀(jì)難題,一直沒找到控制玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關(guān)鍵基因。

        離“蛋白自由”又近一步

        為了幫玉米找回“高蛋白”,中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心和上海師范大學(xué)王文琴研究團(tuán)隊首先采用三代測序技術(shù)和三維基因組相結(jié)合的策略,提取超過4萬個樣本的DNA進(jìn)行基因型鑒定,測定了超過2萬個樣本的蛋白含量進(jìn)行表型分析,破解了高度復(fù)雜的野生玉米基因組,經(jīng)過長達(dá)10年的不懈努力,成功從野生玉米“大芻草”中找回馴化過程中丟失的、用于控制高蛋白含量的優(yōu)良基因THP9。17日,相關(guān)研究論文被發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志。

        當(dāng)然,這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以實現(xiàn)“蛋白自由”。為了表明高蛋白含量的主效基因THP9在培育“蛋白玉米”中具有重要應(yīng)用潛力,研究團(tuán)隊在三亞南繁基地進(jìn)行了大規(guī)模田間試驗。同時,也做了大量利于玉米在低氮條件下高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的試驗。

        最后,巫永睿表示該研究不僅成功克隆了野生玉米變異基因Thp9-T,利于現(xiàn)代栽培高籽粒蛋白含量的玉米,而且對未來減少化肥施用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要指導(dǎo)意義,為構(gòu)建和實施新形勢下的國家糧食安全戰(zhàn)略,確保國家糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新的解決方案。

        本文標(biāo)簽: 蛋白  玉米  大豆  飼料  豆粕  高蛋白