在全球人口增长与耕地面积有限的背景下，提高玉米单产是保障粮食安全的关键。实现这一目标的核心策略之一是选育能够耐受高密度种植的“理想株型”玉米。然而，植物株型的遗传调控机制复杂，传统育种方法效率低下。
2026年3月17日，河南农业大学、中国农业科学院生物技术研究所、华南农业大学等多家单位合作在《自然-遗传学》上发表了一项突破性研究。他们不仅系统地揭示了玉米理想株型调控的遗传基础，更重要的是，提出并实践了一套基因组学指导的有利等位基因聚合育种策略。该策略成功地将通过全基因组关联分析等鉴定的8个株型调控基因的有利等位基因，精准地导入到优良杂交种的亲本中，创制出多个耐密植、产量显著提高的新杂交种，为作物设计育种提供了可复制的成功范例。
核心发现：从解析基因到设计品种的完整链条
本研究的核心亮点在于其从“基因发现”到“品种创制”的全链条设计，为分子设计育种树立了标杆。
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揭示理想株型的遗传基础：通过对108个不同历史时期的玉米杂交种进行分析，研究发现，玉米株型（如叶夹角、穗位高）的改良伴随着有利等位基因的纯合化积累。这些等位基因主要调控四个与耐密植直接相关的核心性状：叶夹角、叶长、穗位高和雄穗分枝数。
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鉴定并验证关键基因：结合基因组关联分析和连锁分析，研究鉴定并功能验证了8个调控株型的关键基因。这些基因功能多样，涉及光周期响应、激素信号传导和发育调控等过程，为育种提供了精准的“分子开关”。
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创建高效的育种策略：以中国大面积推广的优良杂交种“豫丰303”为底盘品种，科研人员通过分子标记辅助选择，将上述8个基因的有利等位基因以及其他基因组范围内的相关位点，精准地聚合导入到其父、母本中，创制出5个改良的优良自交系。
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实现显著的增产效果：利用这些改良亲本，共组配出4个新杂交种（豫单739、豫单776、豫单783、豫单792）。在8个不同环境下的田间试验表明，在密植条件下，这些新杂交种比原对照品种“豫丰303”增产4.1%–9.2%，且株型更紧凑（叶夹角更小）、抗倒伏能力更强，完美契合了“理想株型”的设计目标。
方法亮点：多技术融合的现代育种流水线
本研究的成功，得益于一系列现代生物技术的整合应用，形成了一套高效的育种流程：
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历史种质资源分析：通过分析过去几十年育成品种的基因组和表型数据，揭示了育种过程中有利等位基因的“选择指纹”。
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多维度基因定位：同时利用全基因组关联分析和连锁分析，提高了关键基因定位的精度和可靠性。
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功能基因验证：通过玉米转基因技术（过表达和CRISPR/Cas9基因敲除）以及利用Ac/Ds转座子插入突变体库，对候选基因进行了严谨的体内功能验证。
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分子设计聚合：在理解每个基因功能的基础上，利用分子标记在优良亲本背景下，对多个有利等位基因进行定向、快速的聚合，避免了传统回交育种的盲目性和漫长周期。
生物育种意义：迈向“按需设计”的智能育种时代
这项研究不仅在科学上意义重大，其实践价值和应用前景也极为广阔。
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为作物设计育种提供了“路线图”：该研究首次完整演示了“表型-基因型-功能验证-设计聚合-品种创制-产量验证”的全套操作流程。这一策略可以直接推广至水稻、小麦、大豆等其他主要作物，加速全球粮食作物的遗传改良进程。
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开辟了利用“底盘品种”进行升级改造的新范式：相比从头选育一个全新品种，对已经适应特定生态区、农艺性状优良的“底盘品种”进行关键位点的精准改良，是一种更加高效、风险更低的育种策略。本研究为此提供了最佳实践案例。
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贡献了宝贵的遗传资源与数据：研究公开了新组装的玉米自交系D132和Yu82的参考基因组，以及447份自交系的重测序数据。这些数据和创制的新种质，为全球玉米遗传育种研究提供了重要的公共资源和亲本材料。
未来展望
尽管取得了巨大成功，但这项研究也开启了新的方向：
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更大规模的多基因聚合（金字塔）：未来可以尝试聚合更多、更精细的有利等位基因，以期实现更大幅度的产量提升。
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与其他优异性状（抗病、抗逆）的聚合：将密植理想株型基因与抗病、抗旱、养分高效利用等基因进行聚合，培育出综合性能更卓越的“超级品种”。
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结合全基因组选择技术：将本研究建立的策略与最新的全基因组选择模型相结合，有望进一步提高育种的效率和准确性。
参考文献
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Yao, W., Ku, L., Wang, B., et al. (2026). Breeding ideotype maize with enhanced yield through genomics-guided pyramiding of favorable alleles. Nature Genetics, 58, 916–927. https://doi.org/10.1038/s41588-026-02522-0