玉米是全球和我国的榜首大粮食作物，栽培密度继续不断的添加是玉米单产水平继续进步的重要的条件之一。美国玉米培养栽培密度遍及超越6000株/亩，而我国玉米培养栽培密度平均为4000株/亩，距离显着。因而，开掘和使用耐密高产基因、培养耐密高产种类是进步我国玉米单产水平的重要技能途径。

  密植引起植株间叶片彼此遮挡，诱发发生避荫反响，导致作物集体产值下降。合理的株型结构是作物习惯密植的条件，株型紧凑的玉米植株能够削弱密植集体的避荫反响，从而进步集体产值。研讨团队前期在田间判定到一个上部叶夹角紧凑、中下部叶夹角相对舒展的天然骤变体资料，具有“上紧下松”的才智株型特征，命名为lac1（leaf angle architecture of smart canopy 1）。图位克隆发现，lac1编码类固醇C-22 羟化酶（DWF4）（Zhao et al, 2012; Sakamoto et al, 2006），其外显子上一个273bp的转座子刺进导致编码蛋白提早停止。使用CRISPR/Cas9基因修改技能对lac1进行修改，纯合敲除系均展现出“上紧下松”才智株型表型。接连4年在4个地址对lac1骤变体、敲除系和F1杂交种进行不同栽培密度田间试验，成果显现在高密度栽培条件下，带着lac1骤变等位基因的“上紧下松”株型能够显着地添加集体中下部冠层透光率、增强穗位叶净光合速率、削弱密植集体的避荫反响，终究促进玉米集体产值显着地添加。研讨进一步证明，lac1操控的“上紧下松”株型比RAVL1操控的“上下紧凑”株型具有更高的密植增产潜力，聚合这两个等位基因能逐渐进步密植集体产值。一方面lac1“上紧下松”的株型特征优化了冠层内的光散布、增强了密植集体的光合功率，另一方面lac1对遮荫呼应的削弱增强了耐荫性，lac1形状的改进和生理的习惯协同促进了密植增产（图1）。

  图1 phyA-RAVL1-lac1分子通路动态调控玉米叶夹角以习惯密植

  此外，该研讨建立了以HI3为代表的单倍体诱导系遗传转化系统，完成了基因修改载体直接转化单倍体诱导系、今世诱导修改的“一步成系”方针（图2）。使用带着lac1修改载体的单倍体诱导系成功完成了对20个自交系lac1基因的定向润饰，单倍体纯合修改功率到达6.8%，取得的双单倍体（DH）修改系表现出相似lac1的才智株型特征，改进后的商业杂交种亲本OSL476具有十分显着的密植增产效应。“一步成系”单倍体诱导修改技能系统的建立为商业种类快速定向润饰、多性状协同改进、野生种从头驯化等供给了强壮东西。

  我国农业大学博士、现北京市农林科学院玉米研讨所青年英才田金歌研讨员，我国农业大学农学院王成龙副教授和硕士结业生陈丰懿为论文的一起榜首作者。我国农业大学田丰教授和李继刚教授为一起通讯作者。

  田金歌，现为北京市农林科学院玉米研讨所种质立异与新种类选育团队青年英才、研讨员。我国农业大学博士，师从田丰教授；美国威斯康星大学博士后，师从John Doebley院士。克隆了调控玉米叶夹角的两个主效QTL（UPA1和UPA2），提醒了从上游转录因子到下流激素途径调控玉米叶夹角的分子机制，构建了调控玉米紧凑株型的分子调控网络，2019年以榜首作者在世界闻名学术期刊Science杂志宣布该研讨成果论文“Teosinte ligule allele narrows plant architecture and enhances high-density maize yields”。