玉米是我国第一大粮食作物，也是国内第一大宗饲料原料，被誉为“饲料之王”。然而，当前全世界的杂交种玉米蛋白含量普遍偏低，仅为8%左右，我国动物饲料严重依赖进口豆粕作为蛋白来源。提高玉米蛋白含量、培育高蛋白玉米，是解决我国蛋白质饲料原料严重依赖进口问题的关键路径。

6月3日，澎湃新闻记者从中国科学院分子植物科学卓越创新中心获悉，近日，该中心巫永睿、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，进一步破解高蛋白玉米形成之谜，成功克隆了第二个野生玉米高蛋白主效基因THP3-T。北京时间2026年6月3日，相关成果以题为“Teosinte alleles enhance nitrogen assimilation and seed protein in maize（野生玉米优异基因有效提高玉米氮同化和籽粒蛋白含量）”的论文，在线发表在国际权威学术期刊《自然》（Nature）上。

研究团队在上海松江农场讨论高蛋白玉米培育进展。本文图均为 中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图

早在2012年，巫永睿研究员就开始投身提高玉米蛋白含量的相关研究，认为培育高蛋白玉米是实施“大豆减量替代计划”的重要途径。十年磨一剑，研究团队在2022年率先从野生玉米中挖掘到首个高蛋白基因THP9-T，实现了我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。而在此次THP3-T成功克隆之后，研究团队通过两个高蛋白基因的聚合，成功将自交系玉米籽粒蛋白含量从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。

聚合THP3-T和THP9-T，杂交种郑单958的籽粒蛋白含量和全株蛋白含量显著提高。

在此次研究过程中，研究团队也揭示了氮高效同化与利用是高蛋白形成的核心机制。研究团队多年多点的田间试验表明，野生玉米THP3-T优异基因能够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。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，在不影响产量的情况下将籽粒蛋白含量从8.5%提升至12%-13%。

该研究在应用层面率先提出了“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。巫永睿表示，2025年我国大豆进口量超1亿吨，我国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。若全国饲用玉米蛋白含量提升到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，能够有效缓解我国饲料粮短缺问题。

从关于基因的基础研究出发，该项研究也在持续推进成果转化和产业应用落地。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。据巫永睿介绍，基因组测序分析显示玉米高蛋白相关性状至少由6个主效基因控制，目前2个已成功克隆，其余4个也已明确位置并处于克隆阶段，预计后续的研发速度较此前两个会有大幅提升。预期目标是五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，使亲本自交系籽粒蛋白含量达到20%以上，杂交种达到15%以上，且产量不低于对照。

在巫永睿看来，研究不应该止步在实验室，而要形成“一竿子插到底”的全链条设计。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。

如今，该成果的社会经济价值已经充分显现出来。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。