华中农业大学严建兵团队发表国内领域首篇《Cell》论文、打通玉米智能育种全链条,祝贺!

近日，教育部正式公布了2025年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）的获奖名单。由华中农业大学植物科学技术学院严建兵教授牵头完成的“玉米基因组技术体系构建与应用”项目荣获工程技术研究成果奖一等奖。这一成果直面我国玉米育种领域长期存在的关键“卡脖子”问题——包括基因资源匮乏、功能芯片依赖进口以及智能算法缺失等瓶颈，通过系统性技术创新，成功构建起一套具有自主知识产权的玉米基因组工程化技术体系。

研究团队开发了功能基因高通量挖掘技术，有效缓解了育种过程中优质基因资源短缺的困境，并创制出耐密植、高产且适宜机械化收获的基因编辑新材料，相关材料已获得国家基因编辑安全证书。同时，团队自主研发了多款功能基因芯片产品，显著提升了遗传评估效率，突破了传统芯片技术在精准性和通量方面的局限；结合自建的多维育种数据库，成功选育出兼具高产与抗锈病特性的玉米新品种。此外，项目还研制出一系列面向智能育种的新算法工具，首次在国内实现了对育种材料“创造—评估—选择”全链条关键技术的贯通，有力推动了玉米育种底层技术的国产化与智能化进程，为我国现代种业高质量发展提供了坚实支撑。该成果的主要完成人包括严建兵、肖英杰、李文强、杨文宇、邱法展和许洁婷。

此前，相关研究论文已发表在国际顶级期刊《Cell》，题为《A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize》，首次揭示了玉米籽粒脱水的分子机制，为培育快脱水、宜机收的玉米新品种提供了关键理论支撑和实用技术路径。据悉，这篇论文是国内玉米研究领域第一篇《Cell》论文。

玉米是我国种植面积最广、总产最高的粮食作物，但长期以来，因缺乏快脱水品种，机械粒收水平受限，导致收获成本高、效率低。籽粒脱水速率作为影响机械化收获的核心性状，其遗传基础长期不明，相关基因极少被克隆，成为育种改良的重大瓶颈。针对这一产业难题，严建兵团队建立了精准的田间籽粒脱水表型鉴定体系，并通过QTL定位锁定四个关键位点，聚焦主效位点qKDR1展开深入解析。他们将该位点精细定位至仅1417个碱基对的区间，意外发现其本身是一段既不编码蛋白也不转录的“沉默”DNA序列，且在不同亲本间存在约6.2 Kb的转座子差异。功能验证表明，无论是否含有该转座子，敲除该区域均显著延缓籽粒脱水，提示qKDR1可能作为抑制元件，调控上游约10 Kb处一个未被注释的新基因RPG。

进一步研究证实，RPG编码一个仅含31个氨基酸的新型小肽，命名为microRPG1。该小肽在授粉后26天开始表达，38天达峰值，恰逢灌浆结束、脱水启动的关键窗口期。敲除microRPG1可显著加快脱水，而过表达则明显抑制脱水，且不影响产量，实现了脱水效率与产量的协同优化。机制上，microRPG1通过调控乙烯信号通路中的关键因子ZmEIL1和ZmEIL3的表达发挥作用。尤为引人注目的是，microRPG1是玉蜀黍属特有的新起源小肽，由一段非编码序列因单核苷酸突变（ACG→ATG）获得起始密码子而“从头诞生”，系统发育分析推测这一事件发生于约65万年前玉蜀黍属与近缘摩擦禾属分化之后，为新基因起源研究提供了经典范例。

更令人振奋的是，该小肽在跨物种中亦显功能潜力：外源施加或超表达microRPG1均可显著延迟拟南芥角果成熟并提高种子含水量，表明其可能具有保守的生理作用。在应用层面，多年多点试验显示，敲除microRPG1可使收获时籽粒含水量平均降低7%（降幅达2%–17%），完全满足15%–25%的机械粒收标准，且其他农艺性状稳定。团队对数百份玉米种质的筛查发现，RPG基因广泛存在于各类材料中，意味着通过基因编辑等手段定向改良脱水性状具有广阔前景。目前，相关技术已布局多项专利，并授权未米生物公司推进商业化，进展顺利。