分享好友 资讯首页 资讯分类 切换频道

历时四年再破″蛋白密码″,中国科学团队聚合野生玉米高蛋白双基因,籽粒蛋白含量提升至15%

2026-06-05 16:491210

玉米(Zea mays L.)是中国第一大粮食作物,被誉为″饲料之王″。然而,玉米蛋白含量普遍偏低(仅8%左右),动物饲料严重依赖进口豆粕作为蛋白来源。


针对中国禽畜饲料中蛋白原料严重依赖进口的问题,中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿、王海海团队,联合上海师范大学王文琴团队和四川农业大学黄永财团队成功克隆了第二个高蛋白主效基因THP3-T,与团队前期挖掘的第一个高蛋白基因THP9-T聚合,将自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%,并将中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12-13%,全株蛋白含量从7%提升至9%以上,且产量保持稳定。该成果以题为″Teosinte alleles enhance nitrogen assimilation and seed protein in maize″的论文,于北京时间2026年6月3日在线发表在国际权威学术期刊《自然》(Nature)上。


QQ20260605-093236.jpg


2025年中国大豆进口量超1亿吨,若玉米蛋白含量每提高一个百分点,相当于约800万吨进口大豆的蛋白含量。因此,培育高蛋白玉米替代饲料中的进口豆粕是缓解中国饲料蛋白短缺的有效途径之一,但是育种中缺乏优异的高蛋白基因。研究发现野生玉米蛋白含量高达30%,但在长达9000多年的驯化与现代育种历程中,由于缺乏针对蛋白含量的定向选择,大部分优异基因在现代玉米中已″丢失″。2022年,巫永睿团队率先从野生玉米中挖掘到首个高蛋白基因 THP9-T,实现了中国玉米主栽品种蛋白含量的初步提升,但如何进一步突破玉米蛋白含量仍是巨大挑战。


QQ20260605-093246.jpg

图1 野生玉米大刍草(左)和栽培玉米(右)


经过多年持续攻关,研究团队成功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。通过多年多点的田间试验表明,THP3-T优异基因在不影响产量的前提下,可将自交系的籽粒蛋白含量从10%提升至13%以上,同时提高全株蛋白含量,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(NUE)特性。该基因编码谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1(GOT1),是氮代谢途径中的核心酶。THP3-T主要通过其卓越的酶活性增强了氮同化能力,从而促进了籽粒蛋白含量的提升。群体遗传学分析发现,THP3-T启动子和编码区的优异变异是蛋白含量提升的根源,但在玉米驯化过程中由于缺乏选择,该基因被不经意间″丢弃″,导致其在现代玉米中的存在频率仅为2.1%,非常稀有。


进一步研究发现,THP3-T(编码谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1)与THP9-T(编码天冬酰胺合成酶4)共同构成了氮同化的核心代谢中心。将两者聚合后,展现出前所未有的协同增效作用——自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%,远超单个基因的作用。将这两个基因导入杂交种郑单958后,籽粒蛋白含量从8.5%提升至12-13%,且不影响产量。因此,THP3-T 的挖掘不仅补齐了高蛋白玉米育种的″关键拼图″,更为现代玉米的品质″回溯″与精准改良提供了可能。


QQ20260605-093259.jpg

图2 聚合THP3-T和THP9-T培育高蛋白玉米

THP3-T和THP9-T将杂交种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升到12-13%,全株蛋白含量从7%提升到9%,不影响产量


该研究不仅在理论上揭示了高蛋白玉米形成的分子机制,更在应用层面率先提出″培育全株高蛋白玉米、保障国家蛋白饲料粮安全″的豆粕替代创新路径。目前,团队已利用分子标记辅助育种技术,精准改良了80余个国内玉米主栽品种的亲本,改良后亲本蛋白含量可提升至14%以上。同时,中国玉米年产约3亿吨,若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多万吨进口大豆,约占30%的进口大豆总量。


此外,该成果具有重要的社会经济价值:在养殖端,高蛋白玉米氨基酸含量全面增加且不影响消化率,在育肥猪饲料中具有替代50%-100%豆粕的潜力,并可显著降低蛋鸡、肉鸡饲料中豆粕的添加比例,从而大幅降低饲料成本,提高养殖产业的经济效益;在种植端,每吨高蛋白玉米的收购价比普通玉米高200元,全面推广高蛋白玉米后可显著促进农民增收。未来,团队将持续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,为保障国家粮食安全、推动农业新质生产力发展提供强有力的科技支撑。


QQ20260605-093310.jpg

图3 利用THP3和THP9两个高蛋白位点改良的杂交种


QQ20260605-093349.jpg

图4 研究团队在上海松江农场讨论高蛋白玉米培育进展

从左至右依次是:王海海、朱一栋、崔亚辉、王文琴、巫永睿、黄永财


来源: 中国科学院分子植物科学卓越创新中心


举报
收藏 0
打赏 0
评论 0
拜耳作物科学"五合一"耐除草剂玉米MON87429在美国被解除管制
2026年8月5日,美国农业部动植物卫生检验局(APHIS)发布公告,解除对拜耳公司开发的转基因玉米MON87429的管制。该决定自当日起生效,意味着这一历经近七年评审的耐除草剂玉米事件,在美国完成了生物技术监管环节的关键一跃。五重耐除草剂性状:为后草甘膦时代备局据APHIS公告,MON87429通过基因工程手段,同时具备对麦草畏

2026-08-1718

欧盟新兴基因组技术(NGT)监管转向″产品导向″,连续三期科学基础监测未现动摇
2026年6月30日,欧洲食品安全局(EFSA)批准发布第三期新基因组技术(NGT)文献前瞻扫描(horizon scanning)报告,检索截至2026年3月11日,覆盖植物、微生物和动物三大生物类群。这项由欧盟委员会委托的半年期常态化扫描,结论只有一句:本轮所有研究均未提出EFSA既有科学意见未曾考虑过的新危害或新风险。「没有新发现」

2026-08-1238

中国农科院油料所创制抗病与优质协同改良的油菜新种质
8月4日,中国农科院油料所油料作物基因组学与抗病性改良团队联合国内外科研机构,创制出叶片具有超高硫苷含量、种子低硫苷含量的油菜新种质,实现了油菜硫苷含量定向改良,为破解油菜育种中抗病与优质矛盾提供了新途径。相关研究成果发表在国际权威学术期刊《分子园艺(Molecular Horticulture)》上。硫苷是十字花科植物特

2026-08-1135

历时七年,巴斯夫耐草铵膦芥菜型油菜RF3获EFSA安全认定
近期,欧洲食品安全局(EFSA)转基因生物专家组通过科学意见(EFSA Journal, 2026;24(8):e10178),对巴斯夫农业解决方案美国公司申报的转基因芥菜型油菜RF3(唯一标识ACS-BNØØ3-6)给出明确结论:该产品与其常规对照及参试非转基因品种同等安全,食用与饲用均不构成营养学关切,无需开展食品饲料上市后监测。这为该产品

2026-08-1034

韩国转基因标识新规提速,糖类及食用油脂类产品或将提前实施
2026年8月5日,韩国食品药品安全部(MFDS)发布《转基因食品等标示标准》修订草案,其中最引人关注的变化是:糖类及食用油脂类产品的转基因(GMO)标识实施日期将从原定的2027年12月31日提前至2026年12月31日。若该修订草案通过,这意味着,涉及这两类产品的生产企业将失去一年的过渡期,必须与酱油类产品同步进入″完全标

2026-08-0750

转基因玉米MON 810欧盟种植:一般监测″瘦身″,抗性管理″加压″
2026年7月,欧盟食品安全局(EFSA)发布了对2024年度转基因玉米MON 810上市后环境监测(PMEM)报告的科学评估。总量结论并无意外:基于权重证据法,2024年种植季未发现MON 810对人类、动物健康或环境产生意外不利影响。然而,本年度评估的真正信号在于两组方向相反的监管意图——一般监测酝酿″瘦身″,抗性管理持续″加压

2026-08-0744

艾迪晶公司自主知识产权基因编辑工具酶CasEDG-01获专利授权
近日,艾迪晶生物自主研发的核心技术——基因编辑工具酶CasEDG-01(一种Cas酶突变体及组合蛋白、核酸分子、重组载体、转基因细胞及其应用)获发明专利授权。这标志着该公司在生物育种底层技术领域取得关键突破。CasEDG-01工具酶具备编辑效率高、脱靶率低、同源重组修复效率高、基因编辑操作便捷高效等核心优势。该工具酶保

2026-08-0749

先正达爱丰硕抗虫-耐除草剂性状田间观摩,以创新性状技术赋能种业升级 来自话题:#性状技术
7月28日至30日,2026年先正达爱丰硕抗虫-耐除草剂性状田间观摩会在云南弥勒召开,集中展示生物育种创新成果,生动呈现依托性状升级驱动种业升级的实践路径。会议以″鉴升级性状,创未来新势″为主题,汇聚行业专家、种业企业代表及合作伙伴,共同围绕生物育种技术创新发展趋势、抗虫-耐除草剂性状应用、品种审定绿色通道、

2026-08-0358

齐禾生科牵手利马格兰,中国原创基因编辑技术嵌入国际作物育种主战场
近日,北京齐禾生物科技有限公司(以下简称″齐禾生科″)与全球领先的种业及农业食品集团利马格兰(Limagrain)今日宣布达成全球许可合作。根据合作内容,利马格兰将获得齐禾生科一系列基础性与前沿基因编辑技术的使用许可,用于大田作物和蔬菜作物的研究与育种。本次合作是齐禾生科推动自主创新技术走向全球农业研发与产

2026-07-3160

欧洲食品安全局(EFSA)为复合性状转基因植物评估"瘦身",两类数据可有条件豁免
2026年7月9日,欧洲食品安全局(EFSA)发布科学声明《关于通过常规杂交聚合转化体的转基因植物风险评估的考量》(EFSA Journal, 2026;24(7):e10177),就含复合转化体(stacked events,下称″复合体″)转基因植物的食品和饲料安全评估提出系统性优化方案。根据欧盟第503/2013号实施条例附件II,复合体申请实行″逐事件评

2026-07-2391