Nat Genet：河南农业大学陈彦惠等团队揭示玉米高产育种的遗传机制

培育理想株型玉米以适应高密度种植是提高产量的关键，但这一进程因对植株构型调控机制的认识不足而受到制约。

2026年3月17日，河南农业大学陈彦惠和华南农业大学王海洋共同通讯在

Nature Genetics

在线发表题为

“Breeding ideotype maize with enhanced yield through genomics-guided pyramiding of favorable alleles”

的研究论文。该研究揭示了调控玉米理想株型四个主要地上部性状的基因中纯合有利等位基因积累的重要作用，并鉴定和功能验证了八个构型调控基因。

在基因组学指导下，作者选择优良杂交种玉丰303作为底盘材料，通过聚合这八个基因的有利等位基因以及与这些性状相关的全基因组位点，培育出五个改良亲本系。这些改良亲本系进而创制出四个更适应高密度种植的新杂交种，在八个不同环境因素下的区试产量较玉丰303提高了4.1%–9.2%。本研究展示了基因组学指导高密度理想株型玉米育种的潜力，并为其他适宜作物的

精准

杂交改良提供了范式。

玉米是全球产量最高的作物之一，在耕地资源有限的条件下为不断增长的人口提供粮食方面发挥着关键作用。提高单位面积玉米产量对于满足这一需求至关重要。过去几十年间，两项主要的技术进步——单交杂交种的推广应用和种植密度的提高——共同推动了玉米产量的增长。优化植株构型性状，包括降低株高和穗位高、增强茎秆抗倒伏能力、增大叶片直立角度、减小叶面积（尤其是穗上叶）、缩小雄穗、促进花期与吐丝期同步，以及优化根系构型，对于适应高密度种植至关重要。然而，目前耐高密度玉米的育种仍严重依赖田间试验和表型选择，这些方法耗时、昂贵且效率低下。因此，迫切需要更有效、更精确的育种策略。

然而，实现此类育种策略存在若干障碍。首先，每个植株构型性状均受数量遗传调控，涉及众多数量性状位点（QTL），其中大多数效应微小，且受到复杂的基因型-环境因素交互作用的影响。尽管已克隆并功能鉴定了数十个调控不同植株构型性状的基因，但大多数基因突变后会产生有害或极端表型，从而限制了其在育种中的应用。其次，基因多效性常因其对其他性状产生不利影响，而限制了基因在农艺性状靶向改良中的应用。第三，理想株型玉米育种需要多个性状同步、协调地改良，同时不仅要最大限度地减少这些性状间的负向交互作用，还要减少性状与环境因素之间的负向交互作用。因此，需要基于基因组学的新方法来实现理想株型玉米的理性设计与育种。

四种适应高密度种植和增产的改良型玉米杂交种的选育（图片源自

Nature Genetics

）

本研究展示了利用基因组学设计和培育适应高密度种植、增产的理想株型玉米的潜力。作者阐明了聚合支撑杂交玉米理想株型多个形态性状的有利等位基因所产生的显著效应，并通过全基因组关联分析（

GWAS

）和基于图谱的克隆方法，鉴定了调控这些性状的八个基因。通过将这些基因的优良等位基因聚合到中国广泛种植的优良杂交种“豫丰303”的亲本中，作者培育了四个新的杂交种。与“豫丰303”相比，这些新品种更适应高密度种植，且产量有所提高。该研究不仅为杂交玉米高效、精确的理想株型育种计划铺平了道路，也为基因组学指导的育种策略向其他主要作物的转移提供了范例。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-026-02522-0