在中國科學院分子植物科學卓越創新中心（以下簡稱分子植物卓越中心），有一支由10多名90后、00后組成的“最黑”團隊。他們的皮膚顏色，普遍比其他研究方向的科研人員要深上2至3個色度。團隊成員們往白墻前一站，清一色的小麥膚色。

“我們一年要在太陽下曬3季，上海大棚中的工作溫度在40℃以上。”分子植物卓越中心研究員巫永睿說。他帶領的這支團隊日前與上海師范大學王文琴團隊合作在《自然》雜志上發表研究論文，他們從野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品質形成和氮素高效利用的關鍵變異基因THP9，有望將玉米的蛋白含量從8%最終提高至20%，直接減少飼料中進口大豆的使用，提高飼料質量。

高蛋白玉米就像是一種“超級玉米”。該團隊實驗中期產出的蛋白含量約為14%的玉米被用于山東某養雞場后，每只雞的飼養成本能節約3角。而在我國，每年出籠的肉雞有約122億只。該成果帶來的價值可見一斑。

巫永睿（左）與黃永財一起在玉米田里干活。受訪者供圖

巫永睿（中）騎著電動三輪車，帶著學生和收獲的玉米，從農田返回實驗室。

玉米蛋白每提高1%，能省下近800萬噸大豆

玉米，是全球三大主要糧食之一，也是世界上最高產的農作物之一，全球年產12億噸，中國年產2.7億噸。而全球約70%的玉米都被用作飼料，玉米產量高、有效能量多，是最常用且用量最大的一種飼料，故有“飼料之王”的美稱。

隨著人們生活質量的提高，對肉蛋奶的需求不斷增加，玉米的消費量也日益增加，這使得近年來我國玉米進口量不斷提升。“我們國家有18億畝耕地，其中大約6億畝已經種了玉米。我們認為，玉米的耕種面積不太可能有再大的增長空間了。”巫永睿說。

他告訴記者，由于玉米籽粒蛋白含量較低，大部分雜交種籽粒蛋白含量不到8%，因此飼料中需要補充大豆蛋白。我國是全球最大的大豆進口國，大豆行情的一丁點變化都可能產生較大影響。這成為我國畜禽養殖業的突出問題。

根據巫永睿團隊的研究統計，如果普通玉米蛋白含量能提高一個百分點，那么我國就可以少進口近800萬噸大豆。提高玉米蛋白含量，成為解決這一問題的關鍵。

學界一個較為普遍的共識是，可以通過克隆玉米的祖先、起源于墨西哥南部的大芻草的優質高蛋白基因，來改變當前玉米營養不太夠的狀況。大芻草外殼堅硬、無法食用，但它在野生生長、不施加氮肥的情況下，卻能達到30%的高蛋白含量。

近百年來，這種野生玉米高蛋白形成的機理問題長期懸而未決，控制玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關鍵基因一直沒找到。

2012年，已在海外從事6年玉米研究的巫永睿，回到分子植物卓越中心面試，他告訴自己的博士生導師即分子植物卓越中心主任韓斌，自己要做玉米高蛋白基因的研究，費時費力成本高，還不一定能出成果。

“我們的中心就叫卓越創新，沒有大量的失敗，哪能做得出卓越的創新成果？”巫永睿說，自己在這里得到了一個專心做研究的好平臺。

入學有“三問”，背著50斤玉米在地鐵里穿梭

從2013年開始，巫永睿開始招收研究生，組建一支研究團隊，專門進行玉米高蛋白供體材料的尋找、蛋白含量測定、遺傳分析以及群體構建。

每一個新入學的學生，都會被巫永睿問3個問題——花粉過不過敏？下地干活行不行？成為卓越研究型人才的決心有沒有？

巫永睿告訴記者，做玉米研究的人，除了要能在實驗室里對玉米蛋白含量進行測定、做“高大上”的遺傳分析工作、懂計算機技術、有生物信息學基礎外，還要會“種玉米”。

這個“種”，與普通農民的“種玉米”完全不同。為了確保每一茬玉米材料的純正性，團隊成員們要自己播種、打藥、收集玉米的花粉進行人工授粉，收獲后還要對玉米材料進行蛋白和基因型分析。

“我們都是在用空間換時間。”論文的第一作者、巫永睿的博士后研究生黃永財從2015年加入團隊至今，已經成為這個團隊的“種地大哥”，每來一撥兒新人，他和巫永睿都會帶著年輕人上“下田第一課”——授粉。

為了能更多地收獲不同基因特征的玉米，他們每年會在上海種2季玉米、海南種1季玉米。每次收獲季，他們都是在室外超過30℃、棚內超過40℃氣溫下進行作業的。

每研究出一代玉米，它的種植時間約為4個月，一畝地產出約2000株玉米，研究樣本總共需要約2萬株。拿到玉米樣株后，年輕人還要從里頭挑出最純正、品相最好的運回實驗室，對它進行“切片化驗”。從2013年至今，該團隊已經種出了10代攜帶不同高蛋白基因的玉米。

黃永財喜歡把玉米樣本稱為“材料”，它與普通玉米不同，授粉非常嚴格：需要先把玉米花粉收集到一個紙袋子里，再快速把它倒在玉米花絲（玉米須）上，以確保材料的純正性，“這一步特別關鍵，中間不能出半點岔子，其他花粉如果飄到花絲上面，這個材料就廢了，后續所有研究都會出錯。”

就連運送玉米，年輕人們都是親力親為。11月中下旬，團隊成員、00后女生李瑜潔背著一袋約50斤重的玉米、沾著滿身的泥點子，從上海松江的農田乘坐地鐵返回實驗室，一路上引得眾多路人側目。

“是有點尷尬的，但我已經習慣了。”李瑜潔說。

“堅持+創新策略”是年輕人的制勝法寶

李瑜潔是新加入團隊的研究生，這個來自云南的女孩高高瘦瘦的，皮膚比剛來讀研時黑了不少，“我們下田時全副武裝，穿著長袖長褲，戴一頂很大很大的帽子。然而，并沒什么用。”

她告訴記者，大家至少要在大棚里待一兩個小時，進棚不到10分鐘就熱得不行，把裝備脫了也沒太大用。最終，巫永睿團隊成為分子植物卓越中心當之無愧的“最黑”團隊。

巫永睿說，團隊里的每一個成員，都特別能堅持、特別能吃苦。高蛋白玉米的研究成果發布后，很多媒體用“十年磨一劍”來形容巫永睿團隊，這其中最主要的就是一個“磨”字，“個個都是學霸，個個都能下地干活兒。”

其中，最能磨的當屬論文第一作者黃永財。他從“拜師”開始，就靠“磨”。2015年，黃永財為了加入巫永睿“門下”，幾乎天天來找導師磨。

“我當時收了一個碩博連讀的學生，當年的名額沒有了。”巫永睿說，自己回絕了黃永財好幾次，但這個學生還是每天堅持來找導師“談理想”。

“我就是想做玉米研究，我特別看好這個方向。哪怕10年20年后結果出來，發現這個想法不可行，我也能接受。”黃永財告訴記者，當時三大主要糧食作物領域，水稻的研究已經相當充分，小麥的研究尚在起步階段，而玉米的研究正處在攻堅階段。國外已經有不少實驗室開始嘗試做高蛋白玉米的全基因序列，“學界定位到了玉米高蛋白表達的一個區間，但是誰都沒法精準找到，到底是哪個基因位點在發揮作用。”

巫永睿團隊的厲害之處在于，他們既有像黃永財這樣對材料純正性“苛求”的年輕人，能提供最好的、可供深度分析的玉米，又有像副研究員王海海這樣的遺傳學專家和像王文琴這樣的生物信息學專家，“多學科聯手，我們就能從看上去亂糟糟的基因序列里，找到那個關鍵點位。”

這個過程中，研究團隊提取了超過4萬個樣本的DNA，進行基因型鑒定，測定了超過2萬個樣本的蛋白含量，進行表型分析，并分別進行了3次大規模高蛋白遺傳群體的測序以及精細的圖位克隆，最終從野生玉米中克隆到首個控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

野生玉米優良基因導入后，使玉米種子蛋白質含量增加約35%，根中氮含量增加約54%，莖中氮含量增加約94%，葉片中氮含量增加約18%，生物量即植株整體重量也大大增加。

研究團隊還在三亞南繁基地進行了大規模田間試驗，將野生玉米高蛋白基因雜交導入我國推廣面積最大的玉米生產栽培品種鄭單958中，可以顯著提高雜交種籽粒蛋白含量，表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應用潛能。

《自然》雜志審稿專家這樣點評這項了不起的工作：“作者從玉米的野生親緣大芻草中發現了一個有望提高玉米蛋白質含量和氮利用效率的靶點。這項工作展示了利用作物的野生親緣來實現可持續農業的巨大潛力。這代表了一項令人印象深刻的工作，它強調了將野生祖先的遺傳變異引入優質作物的潛力，以促進更可持續的農業和未來的糧食安全。”

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記者：王燁捷 視頻 周冠伶

編輯：邱晨輝

本文原載中國青年報2022年11月28日08版

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