历时10年!四川农业大学“90后”教授发表国内玉米领域首篇Nature,首获青年优秀研究成果奖,祝贺

近日，教育部正式公布了2025年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）的获奖名单，四川农业大学黄永财教授凭借其在作物品质调控与遗传改良领域的突出贡献，荣获青年优秀研究成果奖，实现了四川农业大学在此类奖项上的历史性突破。

多年来，黄永财教授聚焦于提升作物品质与产量的科学难题，取得了一系列具有重要应用价值的创新成果。他率先从野生玉米中成功克隆出高蛋白主效基因THP9，显著提高了玉米的蛋白质含量，为缓解我国饲料蛋白资源短缺问题提供了关键的基因资源。在深入解析优质高产遗传基础的过程中，他系统揭示了胚乳发育与籽粒品质形成的分子机制，并在此基础上创新性地提出玉米“减氮增效”理论，发掘出多个具有广阔育种前景的功能基因元件。这些研究成果不仅发表于《Nature》《Plant Cell》等国际顶级学术期刊，也使他赢得了“生命科学新星”等荣誉称号，为推动农业绿色、高效、可持续发展注入了强有力的科技支撑。

此前，黄永财教授在中科院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队做博士后期间，在顶尖学术期刊《Nature》上发表了题为“THP9 enhances seed protein content and nitrogen-use efficiency in maize”的研究论文。经过多年的不懈探索，他们成功从野生玉米中克隆出了一个对提升玉米蛋白质含量和氮素利用效率至关重要的基因THP9。这篇论文也是我国玉米科研领域发表的首篇Nature正刊论文。详情点阅：Nature | 历时10年！巫永睿团队成功克隆野生玉米变异基因 有效提高玉米蛋白含量

玉米的起源可以追溯到南美洲墨西哥南部的巴尔萨斯河流域，其野生祖先被称为“大刍草”。这种原始形态的玉米像杂草一样生长，种子被坚硬的外壳包裹，无法直接食用。然而，人类在大约9000年前开始了对玉米的驯化过程，逐步将这种野草转变成了现代高产作物。如今，玉米已成为全球产量最高的农作物之一，因其高效的能量产出而被誉为“饲料之王”。随着人们生活水平的提高，肉类、蛋类和奶制品的需求不断上升，这进一步推动了玉米消费量的增长，并导致近年来玉米进口量的增加。因此，提高玉米中的蛋白质含量不仅对于保障国家粮食安全至关重要，也是支持畜禽养殖业和饲料加工业健康发展的关键因素之一。然而，关于野生玉米如何实现高蛋白含量的机理以及控制这一特性的关键基因一直是未解之谜。

科研人员自2012年起便开始寻找能够提供高蛋白含量的玉米种质资源，并进行了详细的蛋白含量测定、遗传分析及群体构建工作。实验结果显示，普通玉米自交系的蛋白含量约为10%，而在不施加氮肥的情况下，野生玉米种子的蛋白含量高达30%，是现代栽培玉米的三倍。这表明野生玉米中存在一些决定高蛋白含量的关键基因。为了揭示这些基因的本质及其在野生与现代玉米之间的变化，同时评估它们能否用于改良现代玉米的蛋白质含量，研究团队面对着巨大的挑战：不同玉米自交系间的遗传差异甚至超过了人类与黑猩猩之间的差异，更不用说9000年来野生玉米与现代玉米之间所累积的变化。

为了充分利用野生玉米的基因资源，研究团队采用三代测序技术和三维基因组相结合的方法，成功破解了高度复杂的野生玉米基因组。通过超过十年的努力，包括创建超过十代的遗传材料并构建出野生玉米与普通玉米自交系B73之间的高世代近等基因系群体，科研人员最终克隆到了首个与玉米高蛋白含量相关的主效基因THP9。该基因编码天冬酰胺合成酶4（ASN4），ASN作为氮代谢的核心负责天冬酰胺的合成。由于天冬酰胺在氮循环中扮演重要角色，其水平直接影响植物种子中的蛋白质含量。研究表明，当引入野生玉米中的优良基因Thp9-T至玉米自交系B73后，显著提升了种子蛋白质含量约35%，同时提高了根、茎、叶中的氮含量，并增加了植株的整体重量。

此外，研究团队还在三亚南繁基地进行了大规模田间试验，将野生玉米高蛋白基因Thp9-T导入我国广泛种植的玉米品种郑单958中，结果表明该基因能显著提升籽粒蛋白质含量，并在减少氮肥使用的情况下维持玉米的生物量和氮含量，这对于在低氮条件下促进玉米的高产稳产具有重要意义。这项研究不仅发现了提高玉米蛋白质含量的关键基因，还验证了其在实际农业生产中的应用潜力，为未来减少化肥使用、保护生态环境提供了新的思路。由于长期以来化肥的过度使用，野生玉米中的优良基因Thp9-T未曾受到育种选择的压力。本研究的成功，不仅为现代栽培玉米的遗传改良开辟了新途径，也为未来的农业可持续发展指明了方向。