基因編輯技術(shù)助推玉米新種質(zhì)資源創(chuàng)制

基因編輯通過對生物體基因組特定目標基因進行定點修飾，創(chuàng)造新的種質(zhì)資源，增加遺傳資源多樣性，已廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)、耐除草劑、抗病蟲害和抗逆性等性狀的遺傳改良。目前糯玉米、高油酸大豆、抗褐變馬鈴薯、高GABA番茄、抵抗褐變的蘑菇等基因編輯農(nóng)產(chǎn)品在美國、日本等國家上市?；蚓庉嫾夹g(shù)是推動種業(yè)發(fā)展的新引擎和提升種業(yè)競爭力的利器，在玉米生物育種中廣泛應(yīng)用，開啟了玉米遺傳改良的新時代。

玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因子主要由有效果穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重三要素組成。傳統(tǒng)育種在提高作物產(chǎn)量方面具有很大的局限，基因編輯技術(shù)為精準創(chuàng)制高產(chǎn)新種質(zhì)提供了新策略。如通過基因編輯ZmRLK7、ZmCEP1、ZmEREB102、UB2、UB3、ZmCO2 和GT1等能提高玉米產(chǎn)量。玉米的產(chǎn)量與其株型密切相關(guān)，通過基因編輯控制葉夾角的基因控LG1和ZmRAVL1創(chuàng)制出緊湊株型種質(zhì)材料，能提高玉米單位面積的產(chǎn)量。

營養(yǎng)品質(zhì)：提高玉米的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪酸、必需氨基酸、維生素等營養(yǎng)成分是品質(zhì)育種的重要方向。近年來，利用基因編輯技術(shù)對一些編碼代謝關(guān)鍵的酶（顆粒結(jié)合型淀粉合成酶、淀粉合酶、淀粉分支酶、谷氨酸亞胺甲基轉(zhuǎn)移酶和甜菜堿醛脫氫酶）、功能蛋白（PPR蛋白、醇溶蛋白20S蛋白酶體亞基）或轉(zhuǎn)錄因子的基因進行基因編輯，創(chuàng)制了糯性、香味、特殊蛋白質(zhì)含量、必須氨基酸含量、支鏈淀粉和直鏈淀粉含量、油脂含量和葉酸含量等品質(zhì)改良的新種質(zhì)資源。

雄性不育系創(chuàng)制：雜種優(yōu)勢利用是提高作物產(chǎn)量的有效途徑，在玉米生產(chǎn)應(yīng)用中最為成功，有力地推動了玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和抗逆性育種。雄性不育系的培育和維持是雜種優(yōu)勢利用的重要前提?；蚓庉嫾夹g(shù)為新的雄性基因挖掘與不育系的創(chuàng)制提供了新的技術(shù)途徑。中國農(nóng)業(yè)科學院研發(fā)的基于基因編輯技術(shù)開發(fā)的《人工創(chuàng)制玉米雄性不育系與高效的轉(zhuǎn)育方法》，實現(xiàn)了一步法創(chuàng)制雄性核不育系并篩選得到配套的保持系，解決了農(nóng)作物傳統(tǒng)育種方法無法克服的難題，助推第三代作物雜交育種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

抗除草劑：隨著玉米集約化和機械化生產(chǎn)程度的提高，施用除草劑是去除雜草的主要措施。全球除草劑轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化市場巨大、研發(fā)與應(yīng)用競爭激烈，2019年全球抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物占轉(zhuǎn)基因作物種植面積的88%。近年來，玉米中通過編輯乙酰乳酸合成酶和5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶基因，獲得了抗除草劑的新材料，在玉米生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景。

株高是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。矮桿玉米株型緊湊、抗倒伏性能好、光能利用率高，適合高密度種植，有助于群體產(chǎn)量的提高。通過對控制赤霉素和BR的含量信號轉(zhuǎn)導的關(guān)鍵基因進行編輯，可以實現(xiàn)對玉米株高的矮化控制，為培育玉米的密植高產(chǎn)新品種提供了優(yōu)良的基因資源和改良策略。

單倍體育種技術(shù)可以加速品種遺傳改良和育種進程，其快速、高效、可操作性強等特點成為玉米選系與生產(chǎn)規(guī)?；闹匾侄?，促進了玉米育種技術(shù)的變革，具有巨大的商業(yè)價值和育種應(yīng)用前景，成為現(xiàn)代化玉米育種三大核心技術(shù)之一。近年來基因編輯技術(shù)在單倍體誘導關(guān)鍵基因挖掘、遺傳機制解析和單倍體誘導系創(chuàng)制等方面取得了很多重要的進展。如對玉米ZmDMP和ZmPLA1基因進行編輯，獲得了單倍體誘導系，具有很好的應(yīng)用前景。