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1、玉米是全球也是我国第一大作物育种原理是我国粮食安全和稳产增产的主力军

全球玉米总产已多年保持在10亿吨以上，是全球總产量最大的粮食作物育种原理同时，玉米还是种植范围最广、单产潜力最高、用途最多的作物育种原理也是杂交种应用最早最普及嘚作物育种原理之一，全球主要跨国种业巨头公司都已进入中国开展玉米研发和参与市场竞争玉米种业均是各大种业巨头公司的主营业務。

我国玉米生产包括籽粒玉米、鲜食玉米和2017年籽粒玉米面积/memd/)，并与MaizeGDB合作向全世界发放突变体以助力玉米功能基因组学的研究。

该研究用EMS突变的方法构建了基于B73品种的玉米突变体库并结合外显子组捕获和新一代测序技术挖掘到突变位点的精准位置，为国内外从事玉米功能基因组学研究的科研人员研究玉米重要农艺性状的关键基因提供了重要的材料平台将会大大加快功能基因组学研究的步伐，对我国乃至全世界玉米种质的遗传基础研究具有重要理论意义和现实意义

3、玉米基因组测序研究进展1）利用三代测序技术获得玉米基因组详细圖谱玉米是生物学研究中的重要模式植物。2009年美国冷泉港实验室研究人员和爱荷华州立大学等机构研究人员合作，完成了对玉米自交系B73嘚基因组序列的测定轰动一时。但当时使用的测序技术并不完备无法解决玉米基因组中大量的重复序列，错过了基因间的大量区域吔无法准确捕捉到诸多细节。

Rank研究员合作利用新一代测序(第三代测序)技术再对玉米自交系B73进行测序得到了新的、更详细的基因组图谱。此次研究使用单分子实时测序和高分辨率光学制图技术通过解读长测序，构建了新的、更详细的B73基因组图谱新技术让研究人员能对玉米基因间区域进行详细的观察，从而了解这些基因是如何受调控的而新的基因组图谱也显示出前所未有的细节，让研究人员对玉米基因表达的变异性有了更深刻的认识

通过比较新的B73系基因组图谱与在不同气候条件下生长的W22系和Ki11系基因组图谱，研究人员发现后两个品系嘚基因组与B73的基因组差异巨大，平均只有35%的部分匹配一致这种差异不仅表现在基因序列变化方面，还表现在基因表达的时间、位点以及表达水平方面这表明，玉米基因组具有良好的表型可塑性也意味着其环境适应能力极强。

研究人员指出卓越的表型可塑性意味着玉米可以使用更多的组合来适应环境变化，这是育种者的福音在全球人口不断增加、问题不断加剧的背景下，玉米作为主要粮食作物育种原理仍有巨大的潜力可挖。

2）华中农大严建兵团队解析野生大刍草对玉米遗传改良的贡献现代栽培玉米是大约一万年左右由生长在低海拔地区的野生大刍草(Zea maysssp. parviglumis)驯化而来众所周知，驯化过程极大地降低了作物育种原理的多样性大量优异的基因资源被丢失。利用野生资源进荇作物育种原理的遗传改良越来越受到育种学家的重视恰好，另外一种生长在高原地区的大刍草(Zea mays ssp. mexicana)可以与现代栽培玉米自由杂交这表明，玉米野生近缘种大刍草和现代栽培玉米之间存在一定基因渗透为现代栽培玉米遗传改良提供了一种新思路。但是目前育种学家对两鍺间基因渗透的范围以及对现代玉米遗传改良的贡献还知之甚少。一个重要的原因是：野生大刍草和现代玉米的基因组大小类似都高度複杂，有超过85%的重复序列基因组组装非常困难。

华中农大严建兵教授团队和陈玲玲教授团队合作基于中国农大李建生教授团队之前建竝的玉米Mo17与大刍草类蜀黍的回交重组自交系群体，通过遗传设计把复杂的玉米和类蜀黍的基因组分成100多个小的区段从而大大降低了基因組复杂性。结合二代和三代测序技术通过混合组装，组装出了较高质量的玉米和类蜀黍基因组比较基因组学的分析发现，栽培和野生玊米基因组之间存在大量的结构变异包括3个百万碱基级别的结构变异，还在第9号染色体上发现一个包含3千万个碱基的倒位该倒位可以引起玉米叶型等农艺性状的变化。利用公共发表数据通过对数百个玉米自交系和数十个野生大刍草材料进行比较分析，发现几乎每个玉米材料中都存在少量野生大刍草的基因组片段总体来看有超过10%的玉米基因组与野生大刍草基因组存在基因渗透，野生大刍草基因组对玉米的适应性尤其是从平原到高原的适应和改良存在着显著贡献，这些结果值得进一步的深入研究

基于这种遗传设计，该研究还第一次准确估计出玉米每自交一代可以发生49到89个点突变其中有害突变更倾向于在近着丝粒区域富集。该研究为下一步深入挖掘来自野生玉米材料中的优异基因构建玉米泛基因组和玉米的遗传改良提供了宝贵资源和新的思路。

4、玉米单倍体诱导机制的解析单倍体诱导具有巨大的商业育种价值对玉米来说，常规的杂交育种所需周期长利用单倍体诱导产生单倍体然后加倍产生纯合的二倍体，可以大大加快育种进程助力作物育种原理的遗传改良，已经在美国杜邦先锋、孟山都、KWS等跨国公司的玉米育种中得到大规模的应用在我国，多家单位也在進行单倍体诱导工作中国农业大学陈绍江教授团队“玉米单倍体育种高效技术体系的创建及应用”，将技术发明与应用基础研究和育种實践紧密结合创建了玉米单倍体育种高效技术体系，独创了高油诱导系及单倍体籽粒自动化鉴别技术促进了玉米杂交育种技术的转型升级，并荣获了“大北农科技奖”具有重大的科学意义与应用价值。北京市农林科学院玉米研究中心作为该项研究成果的共享单位也開展了大量的工作：(1)创制出具有诱导率高、结实性好等优良特性的玉米单倍体诱导系6个，并率先利用和选育出3个单交种型诱导系；集成创噺一套链条式流水线作业的工程化玉米单倍体育种技术体系实现规模化创制优良DH系5万余份，育种效率极大提高(2)建立以单倍体育种技术為核心，以DH系为载体信息技术和指纹分子技术紧密结合的单倍体育种平台，实现育种资源共享与利用；协议发放优良DH系2万多份次并向國家种质资源库和国家玉米重大良种攻关协作组提供3000份DH系；协作单位利用所提供的DH系和技术已组配出大量组合，其中已有50多个品种通过审萣(3)创新选育出系列优良玉米品种11个，并利用单倍体育种技术快速解决多个主推品种缺陷实现和促进新品种、新技术的大规模产业化和夶面积应用。选育的MC278、MC703、MC670等优良品种通过国家或省级审定；并纯化和优化浚单29、农华101等多个主推品种；

尽管玉米单倍体育种取得了较大的進展但其遗传机制一直没有明晰，存在多种假设之前的研究团队提出假设：是否花粉中的染色体异常导致了受精后染色体消除从而诱導单倍体产生?

华中农大玉米团队严建兵课题与中国农大金危危课题合作，利用显微观察的方法发现诱导系花粉减数分裂过程中染色体行为並无异常严建兵团队则发展一种分离诱导系CAU5成熟花粉单核和分离常规自交系单的方法，通过对单核及单细胞样品进行高通量测序和拷贝數变异分析证明诱导系的花粉在减数分裂期之后会产生染色体的片段化现象，单倍体诱导的发生可能和花粉精核的非整倍性变异相关吔就是说，染色体的片段化是单倍体诱导的潜在原因之一而且是一个持续发生的过程，当染色体已片段化的精核和卵细胞结合后就可能发生父源染色体的消除，从而诱导产生单倍体这个结果不仅支持单倍体诱导的双受精假说，同时也为解析单倍体诱导机制提供了新的視角和手段在诱导系的培育和改良方面具有潜在的利用价值。

5、玉米单产潜力得到进一步挖掘和提高2017年12月18日美国玉米高产竞赛(NCYC)结果公咘，最高亩量达2267.39kg再次刷新全球玉米最高产记录。所使用品种为杜邦先锋提供的P1197AM；2017年10月12日中国农科院作物育种原理科学研究所作物育种原理栽培与生理创新团队首席专家李少昆研究员牵头的新疆玉米密植高产全程机械化示范田，经农业部玉米专家指导组、全国玉米栽培学組组织专家进行实测验收结果显示最高亩产达到1517.11公斤，刷新了我国玉米单产纪录所使用品种为北京市农林科学院玉米研究中心选育的MC670。

1)华中农业大学玉米团队系统解析玉米产量与株型遗传机理在过去的80年里玉米产量提高了8倍多，而其中有一半以上得益于育种家对玉米矗接产量性状(如籽粒的籽长、粒宽与粒厚等)与株型的选择育种玉米籽粒性状与株型性状在玉米育种过程了发生了显著的变异，而其变异嘚遗传机理在广泛的遗传背景下并没有完全被解析华中农业大学玉米团队严建兵课题组前期构建了来自14个具有广泛遗传变异的自交系亲夲的10个重组自交系群体(ROAM群体)，并对该群体进行了5~12个点的多年田间试验与表型鉴定获得了可用于解析复杂数据性状遗传机理的高通量基因型与表型数据。

(1)华中农业大学玉米团队李青课题组主要从事玉米表观遗传变异以及其对玉米产量性状的调控机理研究基于严建兵课题组湔期的玉米籽粒数据，合作利用三种遗传统计方法对玉米籽粒性状遗传变异的机理进行剖分，鉴定到729个控制玉米籽粒大小变异的QTL其中22個为主效的QTL位点。

玉米与水稻的籽粒性状比较功能基因组分析发现近80%的玉米与水稻籽粒大小同源基因都共定位于玉米籽粒大小QTL区域。进┅步的分子生物学实验验证了一个水稻在玉米中的籽粒大小同源基因ZmINCW1其在玉米中行使相同的功能，控制着玉米籽粒大小与粒重的变异這些结果表明，尽管控制籽粒大小变异的遗传机制复杂但在玉米和水稻中具有相对保守的调控机制。该研究加深了人们对禾本科作物育種原理籽粒大小变异的遗传机理理解

(2)华中农业大学玉米团队李林课题组主要从事玉米株型与系统生物学研究。该课题与严建兵课题组合莋基于前期收集的玉米株型变异高通量数据，首次在多个来源的具有广泛遗传变异的大群体中进行10个株型性状的表型分析与遗传剖分該研究发现，10个玉米株型性状之间具有较强的表型相关可聚为三大类，其中雄穗分支数与叶夹角变异最大有意思的是，雄穗分支数与葉夹角也是玉米育种的最为重要的选择靶标遗传定位分析共鉴定到了近800个控制玉米株型变异的QTL位点，其中绝大多数(92%)为稀有位点只在一個遗传群体中检测到，说明遗传群体的广泛变异以及稀有功能位点的普遍性同时，该研究还对相关度较高的性状进行遗传分析发现定位到的大量“一因多效性”QTL可以很好地解释表型相关。进一步该研究还验证了5个主效的QTL并精细定位了一个位于第三号染色体上的株高主效QTL。该研究对玉米株型变异进行了系统剖析为玉米理想株型育种提供了靶标。

2)提高玉米产量新方法编码细胞色素P450蛋白CYP78A1的ZmPLA1(PLASTOCHRON1)基因在叶片基部尤其是分生区表达量很高该基因过表达后玉米叶片增大明显、生物量增加，但是营养生长到生殖生长的转换被抑制玉米不能正常开花結实，细胞水平的分析表明玉米叶片增大是细胞分裂增加的结果植株的生长是由细胞分裂和细胞扩张协同增加的结果，单方面的分裂增加会造成极端的表型而不能在整体上增加植物的生物量

因此，国外研究团队克隆了在从细胞分裂到细胞扩张转换中高效表达的ZmGA2ox基因启动孓用该启动子驱动ZmPLA1的转基因玉米植株发育正常，而且叶片大小和株高明显增加导致最终的生物量和产量大幅提升。

6、玉米籽粒研究取嘚重大进展1）UBL1基因调控玉米籽粒发育的分子机制

玉米作为一种重要的粮食和饲料作物育种原理在世界农业生产中扮演着越来越重要的角銫。从基因层面上研究玉米籽粒发育不仅有助于我们认识其发育的分子机制，而且有可能为玉米分子改良提供新的方法和途径转录后沝平的基因表达调控在生物体发育过程中具有至关重要的作用，但在植物中目前相关研究报道还较少

中国农科院作物育种原理所王国英研究员科研团队发现玉米UBL1基因影响mRNA前体的剪接，在玉米籽粒和幼苗发育中发挥着关键作用研究表明UBL1基因具有核酸外切酶的活性，功能缺夨导致细胞内剪接体复合物的重要组分U6snRNA的总量减少及部分3’末端修饰异常从而造成mRNA的剪接障碍。转录组测序分析进一步证实了其突变体Φ部分基因存在内含子滞留研究成果对揭示玉米籽粒发育和产量形成的分子基础具有重要意义。

2）B6(VB6)在玉米籽粒发育过程中的作用B6作为一種重要的辅酶和抗氧化物质对植物的生长发育及应对外界胁迫起着重要的作用。

谭保才教授团队鉴定并克隆了一个影响玉米籽粒发育的基因Smk2该基因编码VB6合成途径中的谷氨酰胺酶。Smk2的突变严重阻碍了胚的发育但对胚乳发育影响较小。分析表明smk2突变体胚和胚乳中都含有微量VB6，说明种子中VB6的含量对胚的发育十分关键而对胚乳发育的影响相对较小。微量的VB6可能是母体组织向籽粒运输的但这些VB6不足以维持種子正常发育，大量VB6需要种子自身合成研究还发现，VB6可能以吡哆胺的形式累积在胚乳中

3）华中农业大学玉米团队克隆解析玉米籽粒发育新基因Emp10，Emp11调控机理

PPR蛋白家族在玉米、水稻中有数百个家族成员对植物的生长发育发挥重要作用。华中农业大学玉米团队邱法展老师课題组克隆并解析了两个玉米新的PPR蛋白家族成员Emp10和Emp11对玉米籽粒发育的调控机理对阐释玉米籽粒发育机制具有重要意义。Emp10编码一个靶向线粒體的P型PPR蛋白该基因的突变导致线粒体基因nad2的第一个内含子不能被正常剪切，导致了线粒体复合体1的组装缺陷最终导致籽粒的胚和胚乳發育缺陷，形成空皮表型Emp11编码一个含有16个PPR重复基序的P型PPR蛋白，该基因影响线粒体基因nad1四个内含子的剪切nad1是线粒体复合体1的中心组分，哃样的Emp11的突变也使得线粒体复合体1不能正常组装，线粒体供能受阻导致籽粒的缺陷表型，RNAi阳性转化事件的表型同样证实了该基因对籽粒发育的影响

4）利用转座子标签法获得玉米籽粒缺陷突变体，阐述协同伴侣蛋白在种子发育中的作用

Ac/Ds转座子系统是研究玉米功能基因组學的重要工具Ac/Ds转座子系统以其在基因组中的低拷贝、倾向插入基因外显子、可以在同一基因不同位点造成突变等独特优势，在构建玉米突变体库和进行基因功能鉴定方面具有重要应用前景

国外研究人员通过改造的转座子标签系统使得转座元件在转座酶存在时可以在基因組中发生连续跳跃，引起突变使得通过少量转基因操作即可获得大量突变体材料，该方法解决了玉米转化效率低的瓶颈问题而且转座え件中插入GFP报告基因以便追踪转座元件的去向并进行共分离分析，同时在转座元件切离时两侧8bp的重复序列会部分地保留，从而留下切除足迹造成移码或不移码的突变以证明表型，并能够在致死突变中获得正常植株通过对籽粒表型的筛选，发现了一个籽粒缺陷的隐性致迉突变体进一步分析表明GRMZM2G048851基因的突变导致了籽粒缺陷的表型。通过蛋白序列比对发现其与酵母和哺乳动物的协同分子伴侣TTI2(Tel2?interacting kinases)的含量该研究首次揭示了协同伴侣蛋白在种子发育中的作用。

7、玉米抗性研究取得多个突破性进展1）中国农业大学蒋才富团队在玉米耐盐基因的作鼡机理研究取得进展

维持组织中Na+、K+稳态及K+/Na+比率平衡对植物抗盐十分重要已有的研究表明，当生长在盐胁迫条件下不同玉米自交系叶片Φ积累的Na+浓度以及K+/Na+比率存在显著差异，但到目前为止还没有相关QTL基因被克隆

ZmNC1编码一个Na+选择性的离子转运蛋白ZmHKT1，它主要在根中柱表达通過减少木质部导管中的Na+浓度来抑制Na+由根往地上部的运输，从而促进玉米抗盐玉米抗盐QTL基因ZmNC1/ZmHKT1的克隆和功能解析为玉米抗盐性的改良提供了悝论支撑和筛选靶点。

2）中国农业大学徐明良等团队在玉米抗病毒基因的作用机理取得进展

据统计每年我国玉米病害造成的产量损失达總产的10%以上。因此如何减少生物和非生物胁迫对玉米产量影响成为育种家们主要研究方向之一玉米矮花叶病是世界范围内普遍发生的一種病毒性病害，在我国和欧美等国家地区都曾发生不同程度大流行对玉米产量造成严重损失。在我国该病主要由玉米甘蔗花叶病毒引起很难通过药剂防治达到很好的效果。因此挖掘抗病基因，培育抗病品种是控制玉米矮花叶病最经济有效的措施之一

中国农业大学徐奣良教授研究团队与美国爱荷华州立大学Thomas Lübberstedt教授团队合作，通过大量的遗传研究Thomas Lübberstedt教授和中国农业大学徐明良教授研究团队发现玉米抗矮花叶病有两个一致性的主效抗性位点，Scmv1和Scmv2分别位于第6号染色体短臂和第3号染色体的着丝粒附近，二个位点共同存在时表现出高抗二個研究团队通过合作已经克隆了Scmv1位点的抗病基因?ZmTrxh，该基因编码非典型的H型硫氧还蛋白通过抑制病毒RNA的积累，在侵染的早期表现出抗病

位于第3号染色体的Scmv2效应较小，主要在抗病的后期发挥作用经过多年的抗病QTL精细定位确定了候选基因，通过转基因功能互补和RNAi干扰等证奣Scmv2位点上的抗病基因为ZmABP1编码生长素结合蛋白1。抗、感等位基因在转录区序列有差异包含第一内含子上一个524bp的插入/缺失和第一外显子上嘚两个SNP，研究证明这些差异对ZmABP1的抗性和定位没有任何影响表达谱分析表明抗病近等基因系中ZmABP1基因的表达量显著高于感病近等基因系，并苴在病毒侵染后期呈显著上调表达从而增强了玉米对SCMV的抗性。同样在RNAi干扰，功能互补以及缺失型中间载体等转基因后代中SCMV抗性与ZmABP1的表達水平呈显著正相关表现出剂量效应。启动子活性分析表明等位基因间启动子序列的差异影响ZmABP1基因的表达从而导致抗感差异。通过酵毋双杂、蛋白互作验证等证实了ZmABP1与ZmR?bCS互作并证明了ZmABP1对病毒RNA的积累没有影响，推测ZmABP1可能影响了病毒粒子的系统移动本研究首次报道了ZmABP1可鉯在玉米抗甘蔗花叶病毒病中起作用，揭示了ABP1新的功能

3）中国农业大学团队在解析玉米与甘蔗花叶病毒互作方面取得重要进展

玉米矮花葉病在世界玉米产区危害严重，在我国和欧洲主要由甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic vi?rusSCMV)侵染引起，近年来在SCMV种群变异、抗病基因定位、与寄主蛋白互作、影响寄主因子表达等方面有了较多进展但关于SCMV增殖和侵染致病过程中所调控的寄主蛋白及所需要的寄主因子鉴定方面缺少较为系统和全媔的研究；此外，玉米不同功能叶片在响应病毒侵染中有何差别尚无研究和报道

中国农业大学植物保护学院课题，在观察和分析SCMV系统侵染玉米表型的基础上基于病毒在玉米不同发育阶段的叶片细胞中利用相同的寄主因子进行增殖这一现象，利用蛋白组学技术iTRAQ通过鉴定囷比较在SCMV系统侵染的源叶和库叶中引起的显著差异蛋白，分析差异蛋白的生物学功能和亚细胞定位比较源叶和库叶对SCMV侵染所表现的不同嘚响应模式，并测定相关生物学过程参数明确了源叶和库叶对SCMV侵染的响应；鉴定了在源叶和库叶中SCMV侵染调控的、具有相同表达模式的玉米蛋白；利用VIGS技术快速研究表达模式发生相同变化的玉米蛋白在SCMV侵染、致病中的功能，构建了蛋白组学分析和VIGS技术相结合的技术系统用于高通量筛选鉴定参与SC?MV—玉米互作中的重要功能基因成功鉴定了玉米蛋白ZmPDI、ZmPGK和ZmPAO在SCMV增殖中的功能。本研究为深入揭示玉米与SCMV相互作用的机淛提供了重要数据对解析SCMV致病机理、提出抗病毒新策略具有重要的理论意义和应用前景，也为研究其他主要作物育种原理?病毒互作提供了重要参考和借鉴

4）玉米中真菌诱导的蛋白超乙酰化分析研究进展赖氨酸乙酰化是一种重要的翻译后修饰，参与调控一系列生物过程嘚多种蛋白质组蛋白乙酰化在植物防御中的作用已经明确，病原效应蛋白编码的乙酰转移酶可以直接乙酰化宿主蛋白以改变其免疫力嘫而，植物内源性酶在免疫应答过程中是否可以调节蛋白乙酰化尚不清楚

美国爱荷华州立大学植物病理学与微生物学系研究团队研究发現，效应分子HC?毒素(HCT一种由真菌玉米圆斑病菌种1产生的组蛋白脱乙酰酶抑制剂)通过改变蛋白乙酰化促进在玉米中的毒性。质谱分析结果表明乙酰化是一种广泛的翻译后修饰，并且影响许多已深入研究的由玉米基因编码的此外，外源HCT的应用研究表明植物编码的酶(组蛋皛脱乙酰酶)的活性可被调节，以改变免疫应答过程中非组蛋白的乙酰化

8、玉米品质及改良研究进展1）中科院上海植生所巫永睿团队发现植物新转录因子家族PLATZ参与玉米胚乳发育与灌浆

玉米胚乳的发育与产量、品质形成密切相关，通过开展相关基因的克隆与功能解析揭示调控胚乳发育的新机制，拓展优质蛋白玉米育种的分子路径

floury3是一个经典玉米胚乳半显性突变体，千粒重比野生型下降近60%但营养和生殖生長没有明显影响。中科院上海植生所巫永睿研究团队克隆了Floury3基因发现该基因编码一个PLATZ家族蛋白。fl3蛋白的PLATZ结构域的Asn/His氨基酸替换导致了显性突变Fl3特异在胚乳组织中表达，并且约90%以上的转录本来自于母本偏离在胚乳中正常的母本父本之比2∶1。同时父本基因组中的Fl3基因启动子吔被发现具有更高的甲基化水平这些结果证明Fl3是一个新发现的玉米印迹基因，主要由母本表达所以导致fl3的显性突变表现为半显性遗传效应。利用酵母双杂交筛选该研究组发现FL3可以与RNA聚合酶III转录复合体中的RPC53和TFC1互作。RNA聚合酶III下游的5SrRNA和tRNA的转录本在突变体中也显著降低说明突变fl3蛋白直接参与并负面影响了RNA聚合酶III的转录。对fl3胚乳进行转录组分析发现营养物质储藏相关基因的表达在突变体受到严重影响PLATZ是植物特有转录因子家族，自2001年在豌豆中该家族第一个基因序列被克隆以来这个转录因子家族的遗传突变体和功能始终未见报道。我们发现FL3和其它PLATZ成员可能存在功能冗余fl3突变体能被克隆和进行功能研究得益于该基因的显性突变，这是遗传上研究功能冗余最有效的方法之一

2）提高玉米甲硫氨酸含量改良家禽饲料营养品质玉米胚乳中占70%的储存蛋白是缺乏多种必需氨基酸(如赖氨酸、色氨酸和甲硫氨酸)的醇溶蛋白，所以玉米籽粒蛋白的营养品质很差虽然可以通过补充大豆来提高赖氨酸含量，但大豆也缺乏甲硫氨酸家禽缺乏甲硫氨酸会导致肉鸡生長减缓和鸡蛋产量下降。肉鸡喂养实验证明转基因玉米相较普通玉米可显著提高肉鸡体重

中科院植物生理生态研究所巫永睿，美国罗格斯大学Thomas Leustek和Joachim Messing团队合作以源流库为理论依据，通过组织特异性表达甲硫氨酸代谢途径的关键基因从而提高了储藏胚乳中的甲硫氨酸含量，並且能够被肉鸡有效利用为改良玉米营养品质提供了新的候选基因和材料，对后续研究和改良玉米籽粒具有重要指导意义

3）玉米直链澱粉含量的遗传结构研究淀粉是玉米籽粒中含量最丰富的碳水化合物，主要包含了25%直链和75%左右的支链淀粉跟总淀粉含量不同的是，直链囷支链淀粉的各自所占的百分含量决定了食品原料和工业应用中不同的加工性能越来越多的研究兴趣转移到遗传控制单个直链或支链淀粉含量上，而它们生物合成的酶反应机器仍不完全清楚

王文琴与中国科学院上海植物生理生态研究所巫永睿研究组以及沈阳农业大学黄瑞东研究组合作，利用了454株玉米籽粒中表型直链淀粉的含量以及对应的9，007194SNPs的基因型，进行连锁不平衡的全基因组关联分析筛选出了與直链淀粉合成相关的27个SNPs以及有潜力的39个候选基因，这些结果初步阐明了直链淀粉合成的调控网络对后续研究和改良玉米籽粒具有重要指导意义。

4）玉米籽粒发育基因调控网络的解析转录因子(TFs)对其靶基因的调控在空间和时间上存在复杂的特异性这对于所有细胞过程的控淛都是至关重要的。河南农业大学杜春光、杨青华团队利用生物信息学分析构建了玉米发育籽粒的基因调控网络(GRNs)以期揭示具有重要作用嘚TFs及其互作基因。首先利用78套玉米转录组数据构建了一个GRN然后研究了基因集以及可能的交互作用模式，进而揭示了高度交织的网络群体一个群体是由大部分与opaque2、脆性endosperm1和shrunken2相互作用的未知的与种子表型有关的基因。另一个群体大部分是由基础胚乳转移层表达的基因组成它們可能负责营养运输。进一步把不同的种子隔室和不同的发育阶段和途径下推断的GRNs与基因表达模式整合在了一起阐释了GRNs的生物学意义。針对GRN研究中发现的8个TF?靶基因启动子互作研究者通过酵母单杂交分析验证了其中的6个。这项研究精确定位了可能对玉米种子发育至关重偠的交织网络群体中的高综合影响力的关键基因

9、玉米遗传转化方面的研究进展1）Bbm转录因子提高转化效率和调控胚状体发生取得重要进展(1)农杆菌介导的单子叶植物的转化受基因型的影响很大，极大的限制了转基因作物育种原理开发2016年，杜邦先锋联合巴斯夫和陶氏益农公司在玉米中发现了两个对转化效率影响的基因Baby

美国密苏里大学转基因植物研究中心主任张展元团队与罗德岛大学Kausch AP团队合作选择很高但转囮效率很低的B73玉米材料和高粱P898012材料做为受体。利用玉米干旱诱导型启动子RAB17驱动CRE/lox剪切系统NOS启动子和UBI启动子分别驱动Wus2和Bbm基因。在愈伤诱导阶段Wus2和Bbm基因的表达促进了出愈率和愈伤状态的提升；在分化之前，干燥的条件可以诱导CRE基因的表达促使LoxP位点发生重组，从而将CRE：Wus2：Bbm串联表达盒切除避免其对后期产品开发的影响。

利用该系统B73的转化效率可以达到15%，P898012的转化效率可达到11%这无疑的证明了Bbm和Wus2基因的发现和应鼡给植物功能基因组研究带来新的机遇。

(2)BABYBOOM(BBM)LEAFYCOTYLE?DON1(LEC1)和LEC2转录因子是植物细胞多能性的主要调节因子，在没有任何外源生长调节因子情况下异源过表达其中任何一个转录因子均可以诱导胚状体的发生美国密苏里大学转基因植物研究中心主任张展元团队与罗德岛大学Kausch AP团队合作，利用Bbm囷Wus2基因成功建立了玉米自交系B73和高粱P898012的高效无标记转化系统。

有研究表明LEC和BBM参与调控同一个发育过程，但是其分子途径是否相同尚未知晓荷兰瓦赫宁根大学KimBoutilier团队研究人员发现BBM可以转录调控LEC1和LEC2，FUSCA3(FUS3)和ABIINSENSITIVE3(ABI3)等基因LEC2和ABI3定量调节BBM介导的胚胎发生，FUS3和LEC1是该过程重要组成部分

2）半胱氨酸提高农杆菌介导的玉米幼胚转化效率机理的系统解析最近几年，玉米的遗传转化效率不断提高其中抗氧化剂半胱氨酸可明显提高玉米幼胚的农杆菌转化效率，但其机理尚不明确

中国农大王建华和中国农科院刘允军团队，通过在共培养培养基中添加半胱氨酸可以明显HiII囷Z31两个品种的农杆菌转化效率半胱氨酸处理后的幼胚活性氧的含量要高于对照组，通过转录组测序进一步研究证明半胱氨酸处理后939个基因表达上调，这些基因主要参与氧化还原反应过程另外有549个基因表达下调，主要参与细胞壁和细胞膜代谢过程

10、适合杂种优势利用莋物育种原理的全基因组关联分析新方法全基因组关联分析(GWAS)近年来已被广泛应用于重要农艺性状的基因定位和候选基因挖掘。目前GWAS大多局限于纯系个体或由其构成的自然群体这类群体比较适合于自花授粉作物育种原理的遗传研究。而对于利用杂种优势的作物育种原理如玉米等由于生产上利用的是杂种，基于自交系等纯系所获得的研究结果并不能直接推广应用到由自交系所产生的杂种对于配合力和杂种優势等性状更是只能依赖杂种才能进行研究。基于杂种的GWAS并不能通过对纯系分析方法的简单套用来实现，成为杂种优势利用作物育种原悝GWAS的一大障碍

中国农业科学院作物育种原理科学研究所“玉米分子育种技术和应用”创新团队发展的一种基于多杂种的GWAS分析群体—多杂種群体(multiple hy?brid population，MHP)即由杂交产生的多杂种所组成的群体。产生这类群体的最基本杂交方式是双列杂交及其各种变形包括北卡罗来纳设计II，实際应用于GWAS的多杂种群体可以是各类交配方式所产生的不同杂种的混合体多杂种群体GWAS分析方法的发展丰富了性状?标记关联分析的理论和方法，可以用于包括配合力和杂种优势等在内的重要农艺性状的遗传解析、基因挖掘和表型预测

与经典数量遗传和育种中广泛应用的杂種群体相比，用于GWAS的多杂种群体规模大交配方式灵活，多种交配设计可以单独或混用使用容许特定交配设计中存在大量杂种缺失。与純系群体相比多杂种群体用于GWAS具有如下优点：一是同时适合于自花授粉和杂种优势作物育种原理的配合力、杂种优势、杂种性状的遗传汾析。二是通过分享亲本可以非常容易地分享大规模的杂种群体合作者利用n个分享的具有高密度分子标记信息的纯系可以产生最多n(n-1)/2个杂種，而这些杂种的基因型可以通过亲本(纯系)的基因型推断出来三是杂种的配制和选择具有很大的灵活性，采用同样的一套纯系可以根據需要配制适合不同研究目标的杂种群体。四是杂种具有比纯系更强的环境适应性因而可以在更大范围内分享遗传材料、开展合作研究，特别适合于不同环境条件下非生物胁迫的研究五是可以通过一部分杂种的GWAS来预测可能配组的所有其他杂种的表现，实现对杂种表现、配合力和杂种优势的全基因组预测

“玉米分子育种技术和应用”创新团队利用28个玉米温带自交系和23个热带自交系，通过双列和北卡罗来納设计II配制了724个杂种F1，组成多杂种群体利用55KSNP产生的基因型数据和开花性状(播种?抽雄的天数、播种至吐丝的天数、播种至开花的天数、开花?吐丝间隔期)进行GWAS分析。采用适合杂种的PEPIS软件进行分析其非上位性模型的结果得到了适合纯系的TASSEL分析方法的验证。鉴定出与开花性状有关的五个基因组区域并用于候选基因和数量性状核苷酸的挖掘。同时对51个玉米自交系进行深度重测序获得了了790万个SNP标记，为更高分辨率的GWAS打下了基础利用这些自交系，理论上可以产生1275个杂种也可以利用已有的724个杂种的结果，对其余杂种进性表型预测用于构建多杂种群体的51份自交系及其深度重测序数据将提供给国内外合作者开展不同性状的GWAS和配合力/杂种优势预测。

11、玉米重要农艺性状相关基洇的克隆与功能研究1）玉米种子活力研究领域获得新进展棉子糖是由半乳糖、果糖和葡萄糖结合而成的一种三糖其在玉米种子内的含量僅次于蔗糖。由于受到研究材料和研究方法的限制棉子糖能否调控种子活力长期不能确定。肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol

赵天永教授和中国农科院作物育种原理所王国英教授团队合作克隆了玉米中唯一一个棉子糖合成酶基因(ZmRS)。该基因玉米突变体(zmrs)植株和种子中棉子糖(Raffinose)完全缺失种孓活力及耐老化能力下降。

RFOs)累积相关遗传转化研究表明在拟南芥中超表达ZmGOLS2或共超表达ZmGOLS2/ZmRS基因能改变种子中碳分配，显著提高拟南芥种子活仂RFOs总量、RFOs各组份的分配及其与蔗糖(Sucrose)的质量比例共同参与了拟南芥种子活力的形成，且HDP?RFOs对种子活力建成的贡献大于Raffinose植物RFOs合成通路在进囮过程中可能分为两类：1、以Raffinose为合成终点的物种；2、能够合成累积HDP?RFOs的物种。对于前者Raffi?nose绝对含量控制种子活力高低。而对于后者多個RFOs成员与Sucrose之间的碳分配比例控制种子活力高低。该研究首次证明了RFOs是控制种子活力的关键因素并提出RFOs不同成员(Raf?finose与HDP?RFOs)可能在种子活力建荿中发挥不同功能的新观点。

2）控制玉米节间发育的调控基因克隆植物的茎具有支撑地上部分、运输养料和水份等重要作用因此针对茎嘚改良工作对于作物育种原理育种具有重大意义，例如：矮杆、抗倒伏、理想株型作物育种原理的培育等等但目前茎的发育过程和分子機理方面知之甚少。

加利福尼亚大学伯克利分校植物与微生物研究团队在玉米中发现了拟南芥PENNYWISE的两个同源基因BLH12和BLH14这两个基因在顶端分生組织中表达较高，其编码蛋白可与节间发育蛋白KN1(KNOTTED1)发生互作这两个基因的双突变体玉米植株的节间变短，植株矮小侧枝和雌穗数减少，雄穗的分支数增多但是，突变体的居间分生组织缺失和茎形成层的过早成熟导致了植株叶腋缺失以及侧枝降低该研究结果表明了TALE类转錄因子在影响茎的维管系统和节间形态中起到的重要作用。

3）中国农业大学国家玉米改良中心田丰教授等团队解析玉米适应高纬度地区的汾子机制

开花时间是作物育种原理适应环境的重要因素之一玉米起源于热带的墨西哥西南部，在美洲地区广泛分布这有悖于作物育种原理难以跨纬度扩散的规律，因此玉米如何适应不同纬度的气候环境还尚未十分明确

中国农业大学国家玉米改良中心田丰教授团队和威斯康星大学麦迪逊分校John F. Doebley教授团队合作，通过图位克隆和关联做图方法克隆到一个控制开花时间的数量性状位点该基因座是位于CCT转录因子基因(ZmCCT9)上游57kb处的Harbinger?like转座元件，该元件通过顺式作用抑制ZmCCT9的表达从而促进玉米在长日照条件下开花。CRISPR/Cas9敲除ZmCCT9基因可使长日照条件下玉米开花提湔ZmCCT9通过负调控成花素基因ZCN8的表达，进而延迟玉米在长日照条件下的开花时间群体遗传学分析结果表明，ZmCCT9中Harbinger?like转座子的插入和另一个CCT同源基因ZmCCT10中CACTA类转座子的插入是遗传驯化的选择位点，进而使玉米适应高纬度的生态环境该研究揭示了转座子插入的功能变异是玉米适应鈈同纬度地区的重要原因。

12、中国农业科学院作物育种原理科学研究所开发新型玉米分子育种芯片中国农业科学院作物育种原理科学研究所开发了一款新型玉米55K分子育种芯片在提高基因组覆盖率的同时，加入了多种类型的功能性标记将有助于提高基因挖掘和分子育种的效率。

Array)和368份玉米的转录组测序数据中均匀挑选在温、热带玉米群体中均具有较高多态性的SNP位点二是结合尚未公开发表的重测序数据，筛選来自于非B73参考基因组的4067个SNP位点三是挑选了734个用于划分玉米杂种优势群和451个与玉米重要农艺性状相关的SNP位点。四是根据玉米中已公开的倳件开发的132个SNP位点