揭开玉米高产优质的基因密码

◇李竟涵

日前，由中国农业科学院作物科学研究所牵头的973项目 “玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”启动会在京召开。此项目的实施将有望揭开玉米高产优质背后的基因密码，实现玉米种质创新和育种效率的突破。该项目首席科学家王国英，就玉米的常规育种和分子育种、全基因组选择育种进行了解读。

经验育种vs精确育种

玉米分子育种技术能推动传统的“经验育种”向高效的“精确育种”转变，缩短育种周期，提高育种效率。

传统的育种方式，得由育种专家人工从田间作物里选出一对一对的亲本来进行“杂交”和“自交”，等到植株长大后，再根据肉眼辨别、称重等方式识别其特性。培育新品种很大程度上取决于育种家的实践经验，育种周期长、偶然性大、效率低，不能满足当前玉米生产对优良新品种的需求。

采用分子育种技术，可以在杂交前查清亲本的基因，根据基因型选择优良亲本。通过分子标记，对后代植株的主要农艺性状，如产量、品质、抗病性等进行预先选择。这种选择方法利用实验室鉴定的数据，一目了然，而不仅仅依靠经验来判断。

“玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”项目的基础就是玉米分子育种技术。王国英说，基因资源是自然界赋予人类的宝贵财富，已成为农业可持续发展的基础。这一项目能实现从种质资源到基因资源的贯穿，利用玉米高产、优质种质资源，通过全基因组分析，挖掘、鉴定控制产量和品质性状的新基因，对优良基因进行功能标记，为玉米产量和品质性状的分子育种奠定扎实的基础。

百里挑一vs千里挑一

目前，我国保存的玉米种质资源有1.8万余份。如何从纷繁复杂的遗传背景中发掘出新的高产、优质性状基因，仍然是当前玉米遗传育种研究中的一个巨大挑战。

与传统育种方式相比，玉米分子育种能大大提高对种质资源的利用效率。传统育种中一般育种群体有100～200个后代个体，从中选择出优良单株，而现在分子育种的应用可以对2000个甚至更多的个体进行预先选择，保留更为优良的材料，用于后续田间鉴定和筛选。

也就是说，通过分子标记选择，不仅扩大了种质资源利用范围，“百里挑一”变成了“千里挑一”，而且多了一个预选环节，能淘汰大部分预期表现差的材料，剩下少量预期表现优良的材料，进入育种过程，提高后续育种效率。

单基因研究vs全基因组发掘

王国英说：“从长远来看，全基因组选择育种的应用将对作物育种产生革命性的影响，它必将成为国际上引领作物遗传改良进步的最先进的技术。一旦建立了完善的全基因组选择育种的理论与技术体系，就可以很快将功能基因组学的研究成果用于作物品种改良，创造出巨大的经济和社会效益。”

近年来，特别是自2009年全基因组序列公布以来，玉米基因组研究取得了显著进展。国外科研机构也正在积极开展玉米全基因组选择育种的理论研究和实践尝试，一些大型国际种业公司更是捷足先登，投入巨资建立全基因组选择育种的理论与技术体系。

然而在我国，由于缺乏系统深入的研究，致使玉米产量、品质等重要性状的分子设计育种仍举步维艰，长期处于徘徊甚至停滞阶段，与美国等发达国家在该领域的差距越来越大。因此，系统解析玉米产量和品质性状的遗传基础，进而建立玉米全基因组选择育种体系，是提高我国玉米育种水平、培育突破性品种的迫切需要。

为此，“玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”项目将在全基因组水平上系统解析玉米产量和品质性状的遗传基础，并揭示影响玉米产量和品质形成过程中的基因互作和调控网络，建立全基因组选择育种模型，为玉米高产优质育种提供新的策略、技术和方法。王国英说：“这在玉米分子育种研究中，将是一个质的飞跃。”