玉米作為全球三大糧食作物之一，其雜交種覆蓋率已達100%。然而，在實際生產過程中，當前雜交制種技術存在顯著瓶頸：傳統物理去雄法需要人工去除母本雄穗，效率低、成本高;胞質不育系存在恢復系選育困難、細胞質單一化風險等問題。光溫敏感型核不育基因已在水稻雜交種產業中實現大規模應用，但在玉米種業上仍是未攻克的難題，限制了雜交種生產的潛力。

　　研究團隊借鑒水稻TMS5溫敏不育機制，首次在玉米中開展同源基因功能研究。通過蛋白序列比對與親緣關系分析鎖定ZmTms5為水稻溫敏不育OsTms5基因的同源基因。采用CRISPR/Cas9技術構建基因編輯載體，同時引入胚乳特異性熒光標記篩選體系，實現轉基因成分高效剔除，獲得完全不含外源成分的11種ZmTms5純合突變體。

　　通過在不同溫度下對突變體材料進行試驗，明確突變體育性轉換臨界溫度：當突變體材料四分體至花粉成熟期日平均溫度(DAT)高于28℃時，花粉敗育;DAT低于25℃時，花粉活力正常表現為可育。為了探索溫敏不育突變體的生態適應性，在全國五大玉米主產區14個試驗點開展多點測試：在北方春玉米區、黃淮平原春夏玉米區北部以及西南山地丘陵玉米區的高海拔地區，日平均氣溫均在25℃以下，Zmtms5突變體材料表現為穩定的可育表型，表明該材料在這些區域適宜作為繁親材料使用。在黃淮平原春夏玉米區南部、南方丘陵玉米區以及西南山地丘陵玉米區東部，日平均氣溫達到28℃及以上，黃淮平原春夏玉米區南部的洛陽日平均氣溫為28℃，Zmtms5突變體材料則表現為雄性不育，說明該材料在該區域適宜作為繁雜材料使用。

　　基于14個試驗點氣象數據分析，提出"溫度-區域"匹配模型：

　　繁種適宜區：北方春播區(黑龍江黑河、佳木斯)、西南高海拔區(云南曲靖)，要求雄穗發育期DAT持續≤25℃

　　制種優勢區：黃淮海夏播帶(河南洛陽)、長江中下游區(湖北武漢)，保證雄穗發育期DAT≥28℃。

　　本研究由中國農業科學院國家南繁研究院侯留迪博士研究生、中國農業科學院作物科學研究所時點石碩士研究生、高照旭助理研究員、朱金潔副研究員和劉昌林副研究員為作者，謝傳曉研究員及祁顯濤副研究員為共同通訊作者。本項目得到十四五國家重點研發計劃專項(2022YFF1003504-003)支持。

　　本研究得到了包括黑龍江省農業科學院黑河分院李金良研究員、黑龍江農墾科學院作物所李庭鋒研究員、遼寧省農業科學院玉米所王延波研究員、江蘇省農科院糧作所孔令杰研究員、河北農科院糧油所玉米中心宋煒研究員、安徽農業大學生命科學院馬慶教授、新疆農業科學院糧食作物研究所楊杰和阿布來提研究員、華中農業大學作物遺傳改良全國重點實驗室劉磊教授、河南省洛陽市農林科學院王育紅研究員、河南省新鄉市農科院洪德峰研究員、新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所劉翔宇研究員、云南省曲靖市農業科學院黃吉美研究員等的大力支持。

　　文章信息

　　侯留迪，時點石，高照旭，等. 基因編輯創制玉米溫敏型不育系及其雜交制種應用評估. 科學通報, 2025, 70 (19): 3179-3190.

　　https://www.sciengine.com/doi/10.1360/TB-2024-1335.