基因编辑技术助推玉米新种质资源创制

基因编辑通过对生物体基因组特定目标基因进行定点修饰，创造新的种质资源，增加遗传资源多样性，已广泛应用于多种农作物产量与品质、耐除草剂、抗病虫害和抗逆性等性状的遗传改良。目前糯玉米、高油酸大豆、抗褐变马铃薯、高GABA番茄、抵抗褐变的蘑菇等基因编辑农产品在美国、日本等国家上市。基因编辑技术是推动种业发展的新引擎和提升种业竞争力的利器，在玉米生物育种中广泛应用，开启了玉米遗传改良的新时代。

玉米的产量构成因子主要由有效果穗数、穗粒数和百粒重三要素组成。传统育种在提高作物产量方面具有很大的局限，基因编辑技术为精准创制高产新种质提供了新策略。如通过基因编辑ZmRLK7、ZmCEP1、ZmEREB102、UB2、UB3、ZmCO2 和GT1等能提高玉米产量。玉米的产量与其株型密切相关，通过基因编辑控制叶夹角的基因控LG1和ZmRAVL1创制出紧凑株型种质材料，能提高玉米单位面积的产量。

营养品质：提高玉米的蛋白质、糖类、脂肪酸、必需氨基酸、维生素等营养成分是品质育种的重要方向。近年来，利用基因编辑技术对一些编码代谢关键的酶（颗粒结合型淀粉合成酶、淀粉合酶、淀粉分支酶、谷氨酸亚胺甲基转移酶和甜菜碱醛脱氢酶）、功能蛋白（PPR蛋白、醇溶蛋白20S蛋白酶体亚基）或转录因子的基因进行基因编辑，创制了糯性、香味、特殊蛋白质含量、必须氨基酸含量、支链淀粉和直链淀粉含量、油脂含量和叶酸含量等品质改良的新种质资源。

雄性不育系创制：杂种优势利用是提高作物产量的有效途径，在玉米生产应用中最为成功，有力地推动了玉米高产、优质和抗逆性育种。雄性不育系的培育和维持是杂种优势利用的重要前提。基因编辑技术为新的雄性基因挖掘与不育系的创制提供了新的技术途径。中国农业科学院研发的基于基因编辑技术开发的《人工创制玉米雄性不育系与高效的转育方法》，实现了一步法创制雄性核不育系并筛选得到配套的保持系，解决了农作物传统育种方法无法克服的难题，助推第三代作物杂交育种技术的发展和应用。

抗除草剂：随着玉米集约化和机械化生产程度的提高，施用除草剂是去除杂草的主要措施。全球除草剂转基因作物的商业化市场巨大、研发与应用竞争激烈，2019年全球抗除草剂转基因作物占转基因作物种植面积的88%。近年来，玉米中通过编辑乙酰乳酸合成酶和5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶基因，获得了抗除草剂的新材料，在玉米生产中具有很好的应用前景。

株高是影响玉米产量的重要因素。矮杆玉米株型紧凑、抗倒伏性能好、光能利用率高，适合高密度种植，有助于群体产量的提高。通过对控制赤霉素和BR的含量信号转导的关键基因进行编辑，可以实现对玉米株高的矮化控制，为培育玉米的密植高产新品种提供了优良的基因资源和改良策略。

单倍体育种技术可以加速品种遗传改良和育种进程，其快速、高效、可操作性强等特点成为玉米选系与生产规模化的重要手段，促进了玉米育种技术的变革，具有巨大的商业价值和育种应用前景，成为现代化玉米育种三大核心技术之一。近年来基因编辑技术在单倍体诱导关键基因挖掘、遗传机制解析和单倍体诱导系创制等方面取得了很多重要的进展。如对玉米ZmDMP和ZmPLA1基因进行编辑，获得了单倍体诱导系，具有很好的应用前景。