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玉米高产专题 | 刘昌林——基因编辑技术改良玉米株型增加杂交种产量

来源：花匠小妙招时间：2025-09-02 10:53

基因编辑技术改良玉米株型增加杂交种产量

石佳鑫，刘凯，朱金洁，祁显涛，谢传晓，刘昌林

DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0533

玉米（Zea mays L.）是遍布世界的重要农作物之一。作为天然的C4植物，玉米具有更高的光合潜力。如何更好地发挥玉米的光合潜力，提高玉米产量是当下研究的热点之一。国内外研究表明，密植能够通过改善玉米群体冠层结构，协调单株与群体关系而有效地增加玉米单位面积的产量。创制株型结构分布合理的“理想株型”玉米，能够通过增加栽培密度的上限实现增产。玉米的“理想株型”表现为上部叶片紧凑、节间长，且穗上平均叶面积指数较大等。

为创制“理想株型”玉米，可通过杂交育种的方式对玉米双亲选择和组配。玉米株型相关性状的研究表明，在不同背景的杂交组合中，杂交种的叶夹角与双亲的叶夹角显著正相关。选择叶夹角适当的亲本能够通过杂种优势创制株型和产量优于双亲的F1植株。在叶夹角的众多调控基因中，ZmLG1（Zm00001d002005）可能通过参与叶发育早期叶片-叶鞘边界线的形成，影响叶耳和叶舌的发育调控叶夹角的大小。

近日，《生物技术通报》特约中国农业科学院作物科学研究所刘昌林副研究员发表了题为《基因编辑技术改良玉米株型增加杂交种产量》的研究论文。本研究编辑Zmlg1获得Zmlg1纯合基因型的母本，再与相应的父本杂交获得ZmLG1Zmlg1型的杂交种。通过观察分析，选择抗性较好且无明显缺陷的中单88母本自交系CX1为改良对象。本研究以改良母本CX1为设计出发点开展了相关实验。将ZmLG1编辑为Zmlg1的CX1命名为CX1-lg1，评估了其制种效率，并配制基因型为ZmLG1Zmlg1的改良杂交种中单88M开展多环境下增密栽培试验，评估了Zmlg1基因的应用价值，也对基因编辑技术在杂交育种中的应用进行了探索。

本文已在《生物技术通报》第8期 | 玉米高产专题出版，欢迎阅读！

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本文主要包括以下几部分内容：

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

2 结果

2.1 改良母本CX1-lg1基因序列与表型分析

2.2 改良母本CX1-lg1制种效率评估

2.3 改良杂交种中单88M不同密度的株型表现

2.4 改良杂交种中单88M不同密度下的产量表现

2.5 株型和产量受密度、材料、环境及互作效应影响

3 讨论

3.1 编辑ZmLG1基因对CX1株型与制种效率的影响

3.2 改良杂交种中单88M株型和产量的表现

3.3 基因编辑结合杂交育种技术改良杂交种株型

4 结论

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通过基因编辑技术结合DTM策略成功改良了杂交种母本株型，提升其制种效率；并创制了株型紧凑的杂交种中单88M，不同栽培密度和试验环境与材料互作，但两种材料不同性状受材料密度和材料环境的两种互作效应影响的大小不同。综合比较认为，通过母本改良获得的杂交种中单88M能在高密度（7 000 株/667 m2）下实现增产。

作者简介

刘昌林，副研究员，硕士生导师，博士毕业于中国农业科学院，2013年开始在中国农业科学院作物科学研究所工作，2018年1月至今担任副研究员。长期从事玉米分子育种研究，主要开展玉米抗病遗传解析和基因组编辑等工作。主持或参与国家自然科学基金、国家重点研发项目等5项，以第一作者或通讯作者在Plant Biotechnology Journal、The Crop Journal、BMC Genomics等国际期刊发表文章10篇，获得授权发明专利3项。

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