在中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(tuán)隊(duì)。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(gè)色度。團(tuán)隊(duì)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(yáng)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(shuō)。他帶領(lǐng)的這支團(tuán)隊(duì)日前與上海師范大學(xué)王文琴團(tuán)隊(duì)合作在《自然》雜志上發(fā)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(zhì)形成和氮素高效利用的關(guān)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(jìn)口大豆的使用，提高飼料質(zhì)量。

　　高蛋白玉米就像是一種“超級(jí)玉米”。該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)中期產(chǎn)出的蛋白含量約為14%的玉米被用于山東某養(yǎng)雞場(chǎng)后，每只雞的飼養(yǎng)成本能節(jié)約3角。而在我國(guó)，每年出籠的肉雞有約122億只。該成果帶來(lái)的價(jià)值可見(jiàn)一斑。

　　玉米蛋白每提高1%，能省下近800萬(wàn)噸大豆

　　玉米，是全球三大主要糧食之一，也是世界上最高產(chǎn)的農(nóng)作物之一，全球年產(chǎn)12億噸，中國(guó)年產(chǎn)2.7億噸。而全球約70%的玉米都被用作飼料，玉米產(chǎn)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(chēng)。

　　隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)肉蛋奶的需求不斷增加，玉米的消費(fèi)量也日益增加，這使得近年來(lái)我國(guó)玉米進(jìn)口量不斷提升。“我們國(guó)家有18億畝耕地，其中大約6億畝已經(jīng)種了玉米。我們認(rèn)為，玉米的耕種面積不太可能有再大的增長(zhǎng)空間了。”巫永睿說(shuō)。

　　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(bǔ)充大豆蛋白。我國(guó)是全球最大的大豆進(jìn)口國(guó)，大豆行情的一丁點(diǎn)變化都可能產(chǎn)生較大影響。這成為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的突出問(wèn)題。

　　根據(jù)巫永睿團(tuán)隊(duì)的研究統(tǒng)計(jì)，如果普通玉米蛋白含量能提高一個(gè)百分點(diǎn)，那么我國(guó)就可以少進(jìn)口近800萬(wàn)噸大豆。提高玉米蛋白含量，成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

　　學(xué)界一個(gè)較為普遍的共識(shí)是，可以通過(guò)克隆玉米的祖先、起源于墨西哥南部的大芻草的優(yōu)質(zhì)高蛋白基因，來(lái)改變當(dāng)前玉米營(yíng)養(yǎng)不太夠的狀況。大芻草外殼堅(jiān)硬、無(wú)法食用，但它在野生生長(zhǎng)、不施加氮肥的情況下，卻能達(dá)到30%的高蛋白含量。

　　近百年來(lái)，這種野生玉米高蛋白形成的機(jī)理問(wèn)題長(zhǎng)期懸而未決，控制玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關(guān)鍵基因一直沒(méi)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(dǎo)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(fèi)時(shí)費(fèi)力成本高，還不一定能出成果。

　　“我們的中心就叫卓越創(chuàng)新，沒(méi)有大量的失敗，哪能做得出卓越的創(chuàng)新成果？”巫永睿說(shuō)，自己在這里得到了一個(gè)專(zhuān)心做研究的好平臺(tái)。

　　入學(xué)有“三問(wèn)”，背著50斤玉米在地鐵里穿梭

　　從2013年開(kāi)始，巫永睿開(kāi)始招收研究生，組建一支研究團(tuán)隊(duì)，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行玉米高蛋白供體材料的尋找、蛋白含量測(cè)定、遺傳分析以及群體構(gòu)建。

　　每一個(gè)新入學(xué)的學(xué)生，都會(huì)被巫永睿問(wèn)3個(gè)問(wèn)題——花粉過(guò)不過(guò)敏？下地干活行不行？成為卓越研究型人才的決心有沒(méi)有？

　　巫永睿告訴記者，做玉米研究的人，除了要能在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)玉米蛋白含量進(jìn)行測(cè)定、做“高大上”的遺傳分析工作、懂計(jì)算機(jī)技術(shù)、有生物信息學(xué)基礎(chǔ)外，還要會(huì)“種玉米”。

　　這個(gè)“種”，與普通農(nóng)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(tuán)隊(duì)成員們要自己播種、打藥、收集玉米的花粉進(jìn)行人工授粉，收獲后還要對(duì)玉米材料進(jìn)行蛋白和基因型分析。

　　“我們都是在用空間換時(shí)間。”論文的第一作者、巫永睿的博士后研究生黃永財(cái)從2015年加入團(tuán)隊(duì)至今，已經(jīng)成為這個(gè)團(tuán)隊(duì)的“種地大哥”，每來(lái)一撥兒新人，他和巫永睿都會(huì)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(huì)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(guò)30℃、棚內(nèi)超過(guò)40℃氣溫下進(jìn)行作業(yè)的。

　　每研究出一代玉米，它的種植時(shí)間約為4個(gè)月，一畝地產(chǎn)出約2000株玉米，研究樣本總共需要約2萬(wàn)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(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)它進(jìn)行“切片化驗(yàn)”。從2013年至今，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)種出了10代攜帶不同高蛋白基因的玉米。

　　黃永財(cái)喜歡把玉米樣本稱(chēng)為“材料”，它與普通玉米不同，授粉非常嚴(yán)格：需要先把玉米花粉收集到一個(gè)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(guān)鍵，中間不能出半點(diǎn)岔子，其他花粉如果飄到花絲上面，這個(gè)材料就廢了，后續(xù)所有研究都會(huì)出錯(cuò)。”

　　就連運(yùn)送玉米，年輕人們都是親力親為。11月中下旬，團(tuán)隊(duì)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(diǎn)子，從上海松江的農(nóng)田乘坐地鐵返回實(shí)驗(yàn)室，一路上引得眾多路人側(cè)目。

　　“是有點(diǎn)尷尬的，但我已經(jīng)習(xí)慣了。”李瑜潔說(shuō)。

　　“堅(jiān)持+創(chuàng)新策略”是年輕人的制勝法寶

　　李瑜潔是新加入團(tuán)隊(duì)的研究生，這個(gè)來(lái)自云南的女孩高高瘦瘦的，皮膚比剛來(lái)讀研時(shí)黑了不少，“我們下田時(shí)全副武裝，穿著長(zhǎng)袖長(zhǎng)褲，戴一頂很大很大的帽子。然而，并沒(méi)什么用。”

　　她告訴記者，大家至少要在大棚里待一兩個(gè)小時(shí)，進(jìn)棚不到10分鐘就熱得不行，把裝備脫了也沒(méi)太大用。最終，巫永睿團(tuán)隊(duì)成為分子植物卓越中心當(dāng)之無(wú)愧的“最黑”團(tuán)隊(duì)。

　　巫永睿說(shuō)，團(tuán)隊(duì)里的每一個(gè)成員，都特別能堅(jiān)持、特別能吃苦。高蛋白玉米的研究成果發(fā)布后，很多媒體用“十年磨一劍”來(lái)形容巫永睿團(tuán)隊(duì)，這其中最主要的就是一個(gè)“磨”字，“個(gè)個(gè)都是學(xué)霸，個(gè)個(gè)都能下地干活兒。”

　　其中，最能磨的當(dāng)屬論文第一作者黃永財(cái)。他從“拜師”開(kāi)始，就靠“磨”。2015年，黃永財(cái)為了加入巫永睿“門(mén)下”，幾乎天天來(lái)找導(dǎo)師磨。

　　“我當(dāng)時(shí)收了一個(gè)碩博連讀的學(xué)生，當(dāng)年的名額沒(méi)有了。”巫永睿說(shuō)，自己回絕了黃永財(cái)好幾次，但這個(gè)學(xué)生還是每天堅(jiān)持來(lái)找導(dǎo)師“談理想”。

　　“我就是想做玉米研究，我特別看好這個(gè)方向。哪怕10年20年后結(jié)果出來(lái)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法不可行，我也能接受。”黃永財(cái)告訴記者，當(dāng)時(shí)三大主要糧食作物領(lǐng)域，水稻的研究已經(jīng)相當(dāng)充分，小麥的研究尚在起步階段，而玉米的研究正處在攻堅(jiān)階段。國(guó)外已經(jīng)有不少實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始嘗試做高蛋白玉米的全基因序列，“學(xué)界定位到了玉米高蛋白表達(dá)的一個(gè)區(qū)間，但是誰(shuí)都沒(méi)法精準(zhǔn)找到，到底是哪個(gè)基因位點(diǎn)在發(fā)揮作用。”

　　巫永睿團(tuán)隊(duì)的厲害之處在于，他們既有像黃永財(cái)這樣對(duì)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(xué)專(zhuān)家和像王文琴這樣的生物信息學(xué)專(zhuān)家，“多學(xué)科聯(lián)手，我們就能從看上去亂糟糟的基因序列里，找到那個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位。”

　　這個(gè)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)提取了超過(guò)4萬(wàn)個(gè)樣本的DNA，進(jìn)行基因型鑒定，測(cè)定了超過(guò)2萬(wàn)個(gè)樣本的蛋白含量，進(jìn)行表型分析，并分別進(jìn)行了3次大規(guī)模高蛋白遺傳群體的測(cè)序以及精細(xì)的圖位克隆，最終從野生玉米中克隆到首個(gè)控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

　　野生玉米優(yōu)良基因?qū)牒螅褂衩追N子蛋白質(zhì)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(tuán)隊(duì)還在三亞南繁基地進(jìn)行了大規(guī)模田間試驗(yàn)，將野生玉米高蛋白基因雜交導(dǎo)入我國(guó)推廣面積最大的玉米生產(chǎn)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(yīng)用潛能。

　　《自然》雜志審稿專(zhuān)家這樣點(diǎn)評(píng)這項(xiàng)了不起的工作：“作者從玉米的野生親緣大芻草中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有望提高玉米蛋白質(zhì)含量和氮利用效率的靶點(diǎn)。這項(xiàng)工作展示了利用作物的野生親緣來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的巨大潛力。這代表了一項(xiàng)令人印象深刻的工作，它強(qiáng)調(diào)了將野生祖先的遺傳變異引入優(yōu)質(zhì)作物的潛力，以促進(jìn)更可持續(xù)的農(nóng)業(yè)和未來(lái)的糧食安全。”

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王燁捷 視頻 周冠伶 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)