蛋白质营养不良仍然是一项重大的全球健康挑战，尤其是在谷物占日常饮食主导地位且获取多样化蛋白质来源受限的地区。水稻、小麦和玉米等谷物提供了全球大部分的热量，然而其籽粒蛋白通常必需氨基酸含量低，且对人体营养而言平衡性差。因此，同时提高谷物蛋白的数量和质量，代表着在提升人类健康的同时，减少对环境影响密集的动物性食品依赖的一个关键机遇。在本综述中，综合了关于谷物中籽粒蛋白含量和组成如何调控的最新研究进展，并探讨了为何历史上蛋白质的提升一直受到与淀粉积累和产量之间权衡的限制。讨论了驯化和现代育种如何重塑了谷物籽粒中碳和氮的分配，创造了一种以淀粉为主的优化格局，从而限制了蛋白质浓度。基于水稻、玉米和小麦的遗传学研究，我们重点介绍了新兴的策略，这些策略能够改善氮素获取、氨基酸转运、贮藏蛋白组成以及胚乳缓冲能力，从而部分解耦蛋白质积累与产量损失之间的关联。最后，该论文将谷物蛋白生物强化置于更广泛的营养和环境背景下。在主食谷物中提高蛋白质密度和氨基酸平衡，可以改善脆弱人群的膳食充足性，同时降低单位营养的温室气体排放。总之，这些见解将谷物蛋白生物强化定位为一条可扩展且公平的途径，以在全球气候和人口压力下，实现更健康的饮食和更可持续的食物系统。
图1 | 谷物与豆类中贮藏蛋白的定位与调控比较
图2 | 高蛋白谷物生物强化作为“One Health”框架
图3 | 蛋白-产量权衡定义了谷物蛋白提升的安全区、过渡区和惩罚区
图4 | 谷物籽粒蛋白生物强化的驯化约束与工程改造路径
图5 | 蛋白质营养不良的全球负担、膳食模式与食物系统温室气体排放
