研究团队在上海松江农场讨论高蛋白玉米培育进展（从左至右为王海海、朱一栋、崔亚辉、王文琴、巫永睿、黄永财）。分子植物卓越中心供图

■本报记者 冯丽妃 见习记者 江庆龄

6月4日一大早，中国科学院分子植物科学卓越创新中心（以下简称分子植物卓越中心）陆续来了一批背着笔记本电脑的记者。他们即将见证一个历史性时刻——“饲料之王”玉米蛋白含量在中国的跨时代提升。

这项成果由分子植物卓越中心研究员巫永睿、王海海团队，联合上海师范大学教授王文琴团队、四川农业大学教授黄永财团队共同完成。他们将两个高蛋白主效基因——新克隆的THP3-T与4年前克隆的THP9-T聚合，实现了玉米蛋白含量的大幅跃升，使自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%，并将我国推广面积最大的玉米品种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升到12%至13%，全株蛋白含量从7%提升至9%以上。相关研究6月3日发表于《自然》。

“高蛋白玉米好吃、有营养。”中国科学院亚热带农业生态研究所（以下简称亚热带所）研究员李凤娜在中国科学院当天举行的新闻发布会上举例说，用高蛋白玉米喂海兰灰蛋鸡，日产蛋率提高的同时，料蛋比有所下降。

“鸡吃得少了，产蛋率却高了。同时，蛋黄更大，蛋壳厚度增加，更便于运输。这些都可以给企业带来更大的经济效益。”李凤娜说。

选择一条路

“你们看，他们做玉米研究的人的一个特点就是晒得特别黑。”会议现场，中国科学院院士、分子植物卓越中心主任韩斌的一句话，引起台下一片笑声。

肤色黑是真的，这是巫永睿团队一路走来的一个见证。他们在上海、海南、东北的试验田里播种、授粉、取样、收获……年复一年，肤色就这么沉淀下来了。

从2013年在美博士后出站回国开始，巫永睿就选择了高蛋白玉米研究这条路，坚持了14年。

那时候，我国大豆进口问题远没有如今这么严峻。巫永睿的想法是，把高蛋白玉米研究当成未来的粮食储备技术，作为一个“新赛道”来拓展。

这个设想有一个扎实的科学基础。现代栽培玉米的“祖先”——野生玉米，蛋白含量可达30%。巫永睿推测，在长期驯化和现代育种过程中，由于缺乏对蛋白含量的定向选择，一些来自野生玉米的优异高蛋白基因逐渐“丢失”。

“如果能找回这些基因，有望把玉米改造成兼具能量和蛋白供给功能的饲料作物。”巫永睿寻思。我国是玉米种植大国，每年种植玉米约6.5亿亩，年产约2.9亿吨。“如果玉米蛋白含量提高1个百分点，就相当于约800万吨进口大豆所含蛋白。”

过去10余年，随着我国国民经济发展，肉蛋奶等高蛋白饮食需求量大幅提升，加之大豆作为动物饲料对外依存度日益提高，发展替代性高蛋白饲料已成为迫切需求。2022年，农业农村部制定了《饲用豆粕减量替代三年行动方案》。“其核心就是提质增效，开源增量。”巫永睿说。

面对国家需求，巫永睿一边研究一边给实验室写下长期规划：第一阶段，让玉米杂交种蛋白含量达到10%以上；第二阶段，提升至12%以上；第三阶段，进一步达到15%。

“我国大部分饲料的蛋白含量在15%上下，如果玉米的蛋白含量可以达到15%，就有望摆脱对进口大豆的依赖。”巫永睿满怀憧憬。

然而，寻找丢失的高蛋白基因这条路并不好走，无从借鉴。巫永睿团队从“零”开始，搭建起可精准检测蛋白含量的高通量检测平台，通过栽培玉米B73和野生玉米杂交、回交，创建了高蛋白基因近等基因系群体，提取了超过4万个样本的DNA进行基因型鉴定，测定了超过两万个样本的蛋白含量，最终锁定6个潜在主效基因。

THP9-T就是其中之一。团队克隆了该基因，并将其引入栽培玉米中，发现能显著提高籽粒、根茎叶及整株玉米的生物量，使自交系玉米的蛋白含量从10%提高到13%，杂交种蛋白含量提高到11%。

这一增幅引发了国内外科学家的关注。但巫永睿并没有止步于此，因为“这只是研究路径走通了，与达成蛋白含量15%的目标仍有差距”。

“抱团”发力

怎么进一步提高蛋白含量？巫永睿的想法是“抱团”发力。

野生玉米的高蛋白性状由多个基因共同作用，巫永睿希望筛选出更多高蛋白基因，与THP9-T聚合，让蛋白含量进一步提升。于是，候选基因THP3-T脱颖而出。“THP3-T和THP9-T是上下游关系，共同构成了氮同化的核心代谢中心。两者1+1＞2，展现出前所未有的协同增效作用，可在不影响抗病、产量等性状的前提下，使自交系籽粒蛋白含量从10%提升至15%。”巫永睿说。

在上海松江的试验田里，研究团队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，蛋白含量可提升至14%以上。对此，《自然》审稿人评价称，这项研究非常重要、有趣。它为高蛋白玉米育种提供了宝贵的遗传资源和新见解，还展示了如何利用未被充分开发的野生种质资源进行现代育种。

不过，拥有高品质候选种子只是第一步。要想让高蛋白玉米真正进入饲料和养殖体系，巫永睿还得与更多的合作者“抱团”攻关。

2024年11月，中国科学院先导专项“高蛋白高油植物挖掘利用及大豆减替应用”的立项为巫永睿团队打通高蛋白玉米全链条提供了重要契机。“专项是按照产业链布局的。”巫永睿说，分子植物卓越中心团队负责开展高蛋白基因的挖掘、分子机制解析和种质资源创制，中国科学院遗传与发育生物学研究所团队负责高蛋白玉米培育，亚热带所团队则聚焦饲料配方和动物营养养殖评价。不同领域的上下游优势单位集聚起来，联合攻关，以期实现产业落地。

高蛋白玉米新品系表现如何？中国工程院院士、亚热带所研究员印遇龙和李凤娜团队合作，发现其具有重要的饲用价值及大豆减替潜力。

氨基酸是评价蛋白质量的一个重要指标，研究发现随着玉米蛋白含量的提升，亮氨酸、丙氨酸、谷氨酸和脯氨酸等几乎所有氨基酸的含量都呈线性增加，且达到了翻倍的效果。“如果一个木桶的每一块木板都加长了，就可以装更多的水。每一种氨基酸就像一块木板，氨基酸全面增加，说明蛋白质的整体品质提升了。”李凤娜说。

研究发现，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%豆粕，甚至100%替代豆粕的潜力，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，每吨高蛋白玉米的市场收购价比普通玉米高200元，这意味着全面推广高蛋白玉米后可显著促进农民增收。

坚持走下去

高蛋白玉米啥时候能从试验品系变成可以在大田里推广的新品种？“未来3年左右。”巫永睿充满信心地回答，“如果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，约占进口大豆总量的30%。”

回过头看，巫永睿说，在一个领域取得成绩的关键在于长期坚持。事实上，在发现高蛋白基因THP3-T的过程中，他们也走过弯路。一开始，过表达现代玉米B73的基因THP3-B后，蛋白含量并没有提升，这个结果让团队成员十分沮丧，甚至怀疑找错了基因。

巫永睿没有急着推翻重来，而是提醒大家：“遗传结果不会骗你，肯定是哪个环节被忽略了。”后来，研究团队在重新比较野生玉米和栽培玉米的差异后找到了症结。他们发现，野生玉米和B73的THP3不仅表达水平不同，编码蛋白的活性也存在差异，真正有用的是野生玉米“版本”的THP3-T。因为在玉米驯化过程中，野生玉米THP3-T的启动子和编码区的优异变异已被“丢弃”，导致其在现代玉米中的存在频率仅为2.1%。问题厘清后，这个基因在后续的研究中发挥了重要的协同增效作用。

如今，巫永睿实验室已经走出7位教授、研究员，他们都在各自单位开展玉米相关研究，有人聚焦玉米氮高效研究，有人开展杂种优势研究，有人开展籽粒灌浆研究……“这个领域很广，大家在想法上不断交流和碰撞，可以产出更多的创新成果，推动研究落地。”作为老师的巫永睿说。

对于学生，巫永睿采用的是兴趣导向的“宽进严出”策略，并不特别关注发表过多少论文、能带来哪些资源，而是更关心他们“对花粉是否过敏、能不能下地干活、有没有成为卓越研究型人才的决心”。

“只要一个实验室拥有创新的土壤和文化，就能让一个真正对科研感兴趣的人茁壮成长。”巫永睿说。

论文第一作者黄永财就是从巫永睿团队毕业的。2015年底，研究生一年级轮转即将结束时，他希望到巫永睿实验室做研究，但发现那一年的学生名额已经满了。巫永睿看到热爱玉米研究的黄永财，就好像看到了当年的自己，于是放弃了第二年的招生名额，把黄永财招进实验室。

后来，黄永财逐渐成长为团队重要成员，深度参与高蛋白玉米项目，在发现THP9-T与THP3-T的两篇论文中都是第一作者。

值得一提的是，6月3日，黄永财与巫永睿担任共同通讯作者的另一项关于玉米氮高效的研究同期发表于《自然》。在那项研究中，他们通过对亚细胞内微小区域进行蛋白质组定量分析，挖掘到氮高效优异基因，破解了玉米区室化调控氮同化效率的关键机制。

“巫老师教会了我科学的思维方式，让我能够更敏锐地捕捉科研现象、提炼科学问题，继而破解背后的难题。”黄永财说。

谈及下一步的目标，巫永睿的回答很明确：“继续沿着高蛋白玉米这条路走下去。”一方面，继续挖掘其他高蛋白基因，争取尽快实现将主栽玉米品种的蛋白含量提升至15%的目标；另一方面，持续探索玉米蛋白含量的自然界上限，力争使其蛋白含量像大豆一样达30%以上。

在巫永睿看来，做基础研究最重要的是两件事，一是服务国家需求，二是探索未知、探索边界、探索极限。同时，在这个过程中“有新的发现，开辟新的研究赛道”。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10575-8