综述：玉米功能基因组学与分子育种数十年进展与展望

《Science China-Life Sciences》：Decades’ progress and prospects on maize functional genomics and molecular breeding

本综述系统梳理了玉米(Zea mays L.)作为重要谷物和模式植物的研究进展，涵盖基因组变异、驯化遗传基础、农艺性状遗传架构（产量、品质、抗逆性、养分利用效率、育性及杂种优势）及分子育种技术等核心领域，为未来研究提供前瞻性视角（Genomics & Molecular Breeding）。

　　

Abstract

玉米（Zea mays L.）不仅是重要的谷类作物，更是遗传学、细胞学、基因组学和分子生物学研究的模式植物。其丰富的表型和遗传多样性为功能基因组学研究提供了理想素材。过去数十年间，研究人员在多个领域取得显著突破：揭示了玉米及其祖先的基因组组成与变异规律，解析了驯化与进化的遗传基因组基础，阐明了产量、品质、生物/非生物胁迫响应、养分利用效率（NUE）、育性和杂种优势等关键农艺性状的遗传架构，并发展了新型分子育种技术。本文系统综述这些成果，并对未来研究方向提出展望。

基因组进化与驯化遗传基础

玉米由野生大刍草驯化而来，基因组比较分析揭示了驯化过程中关键基因的选择印记。通过全基因组关联分析（GWAS）和数量性状位点（QTL）定位，研究人员鉴定出控制籽粒大小、穗型结构、光周期敏感性等驯化相关性状的遗传位点。例如，tb1 基因调控侧枝生长，其表达变化是玉米从分枝型向单秆型转变的重要遗传基础。

农艺性状的遗传架构解析

产量性状涉及复杂的数量遗传网络。研究显示，高产基因往往通过调控穗粒数、百粒重等组分性状间接实现。品质性状方面，淀粉合成途径中sh2、bt2 等关键酶基因的等位变异直接影响籽粒营养成分。抗逆性研究中，干旱响应相关转录因子（如ZmDREB2A）和离子通道蛋白（如ZmNHX）的克隆为抗逆育种提供了靶点。养分利用效率（NUE）的遗传改良聚焦于氮磷吸收转运基因（如ZmNRT 家族），而育性机制研究则揭示了ms 系列基因在花粉发育中的核心作用。

分子育种技术革新

基因组编辑技术（如CRISPR/Cas9）实现了目标基因的精准修饰，加速了功能验证和性状改良进程。分子标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）技术大幅提升了育种效率。此外，单倍体育种（DH）技术与分子标记结合，缩短了纯合系选育周期。这些技术的发展正推动玉米育种进入精准设计时代。

未来展望

随着泛基因组计划的推进和多组学数据的整合，玉米功能基因组学研究将更系统揭示性状形成的分子网络。结合人工智能（AI）预测模型和高效遗传转化体系，分子育种有望实现从“经验选育”到“定向设计”的跨越，为全球粮食安全提供科技支撑。