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现代杂交和自交品种玉米的种子总蛋白比其野生祖先类蜀黍低三倍。原因不明，直到现在。9号染色体上的基因THP9(teosintehighprotein9)编码一种在氮代谢中很重要的酶(天冬酰胺合成酶4)，它在teosinte中高度表达，但在近交现代玉米品系(B73)中没有表达，中国科学院的科学家Sciences(CAS)于2022年11月17日在《自然》杂志上发表的一篇文章中进行了报道。

“这可能是导致氮同化差异的因素之一，”中科院分子植物科学卓越创新中心研究员吴永瑞博士说。“氨基酸是蛋白质合成的必需底物，它们在植物中的含量受土壤氮可用性和植物氮利用效率的影响。”

在B73中，基因内非编码片段(内含子)的缺失导致THP9mRNA的错误剪接。

“因为现代玉米是从类蜀黍驯化而来的，我们推断，对类蜀黍中负责高蛋白性状的基因进行表征可能会揭示比近代玉米近交种群中发现的QTL[数量性状位点]更多样化的集合，”Yongrui说。“结果也可能有助于我们了解玉米驯化过程中种子蛋白质含量下降的原因。”

研究人员使用一种称为“三联装”的方法拼凑大猩猩的单倍型DNA序列——从单亲遗传的一组等位基因。等位基因的变异使得很难从二倍体基因组中组装单倍型序列。Trio分箱通过在组装前解决等位基因变异来简化单倍型组装。

当研究人员通过实验将teosinte的THP9(THP9-T)基因引入B73基因组时，它显着增加了转基因近交系中的种子蛋白质含量。通过回交现代近交玉米品系和杂交品种——一个称为基因渗入的过程——研究人员将teosinte的THP9引入现代玉米品系中。这大大增加了玉米种子中的总蛋白质含量以及整个植物的游离氨基酸含量，尤其是氨基酸天冬酰胺中的含量。重要的是，蛋白质含量的增加不会影响植物的产量。

研究人员认为，通过提高植物利用氮的效率，THP9可在低氮条件下促进植物高产。这些发现为通过育种玉米品种增加种子蛋白质含量提供了新途径。这些方法对于在有限的氮条件下种植玉米和确保粮食安全可能很重要。

“在保持高产玉米[玉米]的同时减少施入土壤的氮素水平，存在着经济和环境压力，”Yongrui说。“因此，确定提高氮利用效率的遗传因素至关重要。”

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