我国科学家破译玉米高产生理密码，多地试验稳定增产 10~16%

IT之家 7 月 22 日消息，中国农业大学农学院田丰教授课题组成功克隆了全球首个作物收获指数 QTL（数量性状位点），并揭示了玉米收获指数的演化规律。相关研究成果于 7 月 21 日发表在《细胞》上。该研究发现了控制源-库碳氮分配的关键分子模块 HI1-BRR1，在辽宁铁岭、海南三亚和北京等多地田间试验中实现稳定增产 10% 至 16%。▲ 解析玉米收获指数演化过程，鉴定主效位点 HI1收获指数是衡量作物将生物产量转化为籽粒产量的比率，也是衡量作物源-库关系的关键指标。研究团队系统比较了玉米的野生祖先种大刍草、地方种和现代自交系的收获指数，数值分别为 0.26、0.42 和 0.52，表明收获指数的大幅提升主要发生在早期驯化阶段。团队利用两套玉米与大刍草杂交衍生的 BC2S3 群体，共鉴定到 20 个收获指数 QTL，所有位点上玉米等位基因均表现为提高收获指数的效应。团队进一步对主效位点 HI1 进行了图位克隆。HI1 是一段位于 B 型响应调节因子 BRR1 上游 22kb 处的 9.1-kb 非编码序列，作为远端增强子调控 BRR1 表达。敲除 BRR1 会显著降低收获指数、生物量和籽粒产量，而提高 BRR1 表达则能够同步改良这三个性状。染色质构象捕获实验证实 HI1 能够与 BRR1 启动子形成空间染色质环，上游蛋白 CONZ1 通过招募组蛋白乙酰转移酶 GCN5 激活 BRR1 表达。BRR1 直接调控糖转运、氮代谢等相关基因，并可直接激活玉米成花素基因 ZCN8 和 ZCN12，促进玉米从营养生长向生殖生长转变。▲ 玉米耐密高产理论体系的持续突破群体遗传学分析表明，HI1 增强子是大刍草中原本存在的自然变异，在玉米驯化过程中受到强烈选择，其频率从大刍草中的 56.4% 上升至前哥伦布时期地方品种的 99.4%，并在现代玉米中完全固定。该研究首次揭示玉米驯化不仅改变了形态结构，也重塑了源-库关系，表明“生理驯化”同样是玉米高产形成的重要基础。田间试验数据显示，提高 BRR1 表达在多地环境中可稳定增产 10% 至 16%，同时提高收获指数和总生物量，且未降低籽粒蛋白含量或削弱茎秆机械强度。QTL（Quantitative Trait Locus，数量性状位点）是指基因组中与数量性状（如产量、株高等）显著关联的染色体区域。低氮条件下 BRR1 高表达材料较野生型增产 28%，显示出改善玉米低氮适应性的潜力。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.06.038