蛋白是玉米作为全球核心粮食与饲料作物最重要的营养指标。然而，在长达近万年的驯化与现代育种进程中，为追求高产与淀粉积累，玉米的蛋白含量往往被“牺牲”，显著下降。野生玉米中控制籽粒及全株高蛋白形成的关键基因是什么？它们在野生和现代玉米中到底发生了什么改变？它们能否被挖掘用于提高现代玉米籽粒及全株的蛋白含量？北京时间7月20日，我校西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室黄永财团队联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿/王海海、上海师范大学王文琴团队在植物领域权威期刊Molecular Plant 发表了题为《WHP10串联基因簇提高玉米籽粒及全株蛋白含量》（“The domestication-associated WHP10 tandem cluster of amino-acid transporter genes enhances whole-plant protein accumulation in maize”）的研究论文。

该研究是黄永财团队及合作者中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队的一项重要进展。该研究通过空间多组学与传统遗传学的深度融合，首次揭示了玉米茎部作为氮素分配“关键枢纽”的调控机制，并鉴定出关键基因簇 WHP10，为作物营养品质籽粒及全株蛋白含量提升的精准育种提供了全新的遗传靶点，为未来培育“籽粒及全株高蛋白”的绿色超级玉米提供了理论依据和育种靶点。

植物蛋白的积累依赖于氮素的吸收、同化、运输与再分配。氮素代谢物如何通过玉米茎部维管束进行组织间分配，长期以来一直缺乏深入的机制解析。研究团队利用联合空间转录组学与空间代谢组学技术，发现玉米茎部并非被动的运输管道，而是一个活跃的“代谢调节点”。在野生玉米 Ames21814 中，茎部维管束区域表现出极强的氨基酸转运与代谢程序，这种高效运输流动的代谢特征是其高蛋白表型的关键驱动力。通过将空间组学数据与传统的QTL 定位结果进行深度整合，研究人员在玉米第10号染色体上锁定了一个串联重复基因簇——WHP10，并进一步揭示了其独特调控机制，并证实 WHP10 能够显著提升玉米籽粒及全株的蛋白含量。令人振奋的是，这种提升能在不牺牲产量的前提下实现。

西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室青年研究员李文皓、博士研究生李优良和林翔为该研究论文的共同第一作者。国家重点实验室黄永财教授和中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员、王海海研究员以及上海师范大学王文琴教授为共同通讯作者。

相关工作得到国家自然科学基金、四川省自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、我校国家重点实验室作物学基础研究特区及青年科学家项目、开放课题以及我校人才引进项目、国家博士后海外青年引才项目等资助。