日前,齊魯師范學(xué)院教授路小鐸團(tuán)隊(duì)的“高蛋白玉米種質(zhì)創(chuàng)制與新品種選育”項(xiàng)目獲批山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。
玉米是一種以淀粉為主要成分的作物,其蛋白含量相對較低。路小鐸團(tuán)隊(duì)為何要讓玉米獲得高蛋白?他們又是如何創(chuàng)制高蛋白玉米種質(zhì),培育高蛋白玉米品種的?帶著這些問題,記者走進(jìn)路小鐸團(tuán)隊(duì)工作的山東省作物營養(yǎng)強(qiáng)化分子育種工程技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室一探究竟。
在這里,玉米粒是主角。3位博士和8位碩士承擔(dān)起高蛋白基因克隆、優(yōu)異基因挖掘、分子標(biāo)記開發(fā)、含有目標(biāo)高蛋白位點(diǎn)的原始種質(zhì)資源創(chuàng)制等任務(wù)。
數(shù)據(jù)顯示,玉米是我國第一大作物,占糧食總產(chǎn)量的近40%。其中,60%以上的玉米被用于生產(chǎn)飼料?梢哉f,玉米是名副其實(shí)的“飼料之王”。
不過,路小鐸發(fā)現(xiàn),普通玉米籽粒蛋白含量較低,大部分玉米雜交種蛋白含量不到8%。因此,在生產(chǎn)畜禽飼料時(shí),大豆蛋白必不可少。
而大豆嚴(yán)重依賴進(jìn)口,限制了我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展!捌胀ㄓ衩椎鞍缀棵刻岣咭粋(gè)百分點(diǎn),相當(dāng)于中國可以少進(jìn)口近800萬噸大豆!甭沸¤I說,這意味著發(fā)展高蛋白玉米,可大幅減少我國對大豆進(jìn)口依賴。
在采訪時(shí),路小鐸向記者展示了一幅圖片。圖片的左半部分是野生玉米,這種玉米棒子小而細(xì),玉米粒形似熏黑的瓜子。路小鐸解釋說,人類在對玉米的馴化過程中,過分追求產(chǎn)量,導(dǎo)致其蛋白基因逐漸丟失,使得當(dāng)前玉米蛋白平均含量降至8%。
為了提升玉米的蛋白含量,路小鐸研究團(tuán)隊(duì)在10年前便開始進(jìn)行玉米高蛋白供體材料的篩選、蛋白含量測定、遺傳分析以及群體構(gòu)建。研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),野生玉米種子蛋白含量都高達(dá)30%,是現(xiàn)代普通栽培玉米的3倍,這表明野生玉米含有控制高蛋白含量的關(guān)鍵基因。
2022年,路小鐸的研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿團(tuán)隊(duì)從野生玉米中克隆出玉米人工馴化過程中丟失的一個(gè)控制高蛋白含量的優(yōu)良基因THP9。這一成果使得玉米的蛋白含量從原來的7%—8.5%提升至14%。
在提升玉米蛋白含量的研究中,巫永睿團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)研究,路小鐸團(tuán)隊(duì)承擔(dān)著育種重任。這讓他們多年如一日地奔波在三亞南繁基地、濟(jì)南基地、北京基地……
團(tuán)隊(duì)在南北基地頻繁穿梭,馬不停蹄地進(jìn)行大規(guī)模田間試驗(yàn),將THP9基因重新導(dǎo)入我國推廣面積最大的玉米栽培品種——“鄭單958”中。大田試驗(yàn)給出了喜人的結(jié)果:不僅“鄭單958”的籽粒蛋白含量達(dá)到12%以上,而且在不影響產(chǎn)量的前提下節(jié)約10%的氮肥,這是THP9帶來的意外之喜。
找回“丟失的”玉米高蛋白基因后,路小鐸團(tuán)隊(duì)和合作伙伴成功培育出“卓越一號”。它是第一個(gè)蛋白含量達(dá)到14%,且產(chǎn)量抗性未受影響的玉米品種。
如今,玉米籽粒蛋白含量14%的目標(biāo)已經(jīng)突破,但在路小鐸心目中,他們還有更高的目標(biāo):將玉米的蛋白含量提升18%,甚至22%。
談及團(tuán)隊(duì)下一步的研究,路小鐸透露:“未來,我們將通過提高玉米籽粒及全株蛋白含量來緩解蛋白飼料缺乏問題!