近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院陳彥惠、庫麗霞、姚文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室王海洋團(tuán)隊(duì)在《Nature Genetics》期刊上發(fā)表題為“Breeding Ideotype Maize with Enhanced Yield Through Genomics-guided Pyramiding of Favorable Alleles”的研究成果。

該研究系統(tǒng)解析了中國玉米雜交種在現(xiàn)代育種過程中的基因組演變規(guī)律，成功鑒定并克隆了多個(gè)調(diào)控玉米耐密株型的關(guān)鍵基因。開發(fā)了一套“基因組指導(dǎo)的理想株型精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”育種技術(shù)體系。利用該技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成功對(duì)曾主導(dǎo)我國玉米生產(chǎn)的經(jīng)典高產(chǎn)雜交種進(jìn)行了精準(zhǔn)改良，培育出了一系列耐密性顯著增強(qiáng)、產(chǎn)量得到提升的新品種。主要研究結(jié)果如下：

1. 揭秘半個(gè)多世紀(jì)以來我國玉米育種規(guī)律：優(yōu)異等位基因的“累積效應(yīng)”是株型改良的核心驅(qū)動(dòng)力

研究團(tuán)隊(duì)通過分析跨越三個(gè)育種時(shí)代（1960s-2010s）的108份玉米雜交種，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代品種株型向穗位降低、葉片直立、雄穗簡化方向演變，其遺傳機(jī)制源于純合優(yōu)異等位基因的持續(xù)累積，多數(shù)株型性狀受雜種優(yōu)勢(shì)的調(diào)節(jié)作用較弱。這一發(fā)現(xiàn)確立了“通過在親本中聚合優(yōu)異等位基因”來改良株型性狀的理論基礎(chǔ)。

2. 構(gòu)建耐密育種精準(zhǔn)“靶點(diǎn)庫”：8個(gè)株型調(diào)控基因及其優(yōu)異等位變異的鑒定與功能解析

基因資源的匱乏一直是制約耐密玉米育種的瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了大規(guī)模的遺傳群體，綜合利用圖位克隆和GWAS技術(shù)，成功鑒定并功能驗(yàn)證了8個(gè)調(diào)控玉米株型的重要基因。這些基因資源及其分子工具的開發(fā)，為玉米耐密育種提供了精準(zhǔn)的“基因靶點(diǎn)”和高效的“導(dǎo)航系統(tǒng)”。

3. 實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的跨越：“基因組指導(dǎo)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”育種技術(shù)體系

為驗(yàn)證“基因組設(shè)計(jì)”育種的可行性，團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)施了一套全新的“基因組指導(dǎo)的優(yōu)異等位基因聚合（Genomics-guided Pyramiding of Favorable Alleles）”育種策略，具體包括：（1）優(yōu)選育種底盤；（2）精準(zhǔn)篩選供體自交系；（3）構(gòu)建“多性狀、多基因”的協(xié)同改良體系；（4）實(shí)施多基因精準(zhǔn)聚合。

根據(jù)該套育種技術(shù)體系，團(tuán)隊(duì)成功選育出4個(gè)株型顯著改良的玉米新雜交種，新雜交種在高密度種植條件下較對(duì)照底盤雜交種增產(chǎn)4.1%–9.2%，實(shí)現(xiàn)了密植條件下的產(chǎn)量突破。

選育的4個(gè)玉米新雜交種與底盤雜交種在株型和耐密高產(chǎn)等方面的比較