问题——玉米产量跃升的关键动力何、分子机制为何长期“看不清” 玉米是我国重要口粮和饲料作物。自上世纪60年代杂交种大面积推广以来，我国玉米单产大幅提升，杂交育种与应用被认为贡献了主要增量。然而，杂种优势如何在分子层面形成，并为何能在不同育种年代持续增强，长期缺乏可验证、可操作的系统解释。该机制“看不清、用不准”，直接影响分子育种效率：育种者难以从海量遗传变异中快速锁定高产稳产的关键调控模块，也难以对不同环境下的产量波动进行更精准的改良。 原因——从“经验选育”走向“机理驱动”需要一张可演化的分子网络图谱 传统育种依靠田间筛选积累了大量经验，但杂种优势涉及多基因、多通路协同，且会随育种代际与环境条件变化，仅用单基因或单指标难以解释其持续增强的规律。为此，中国农业科学院作物科学研究所团队选取自上世纪60年代以来具有代表性的玉米杂交种及其亲本，利用高通量测序等手段开展系统比较，聚焦两个关键问题：一是杂交种如何在基因表达层面实现更高效的资源配置；二是现代杂交育种为何能让杂种优势在代际迭代中更稳定、更可预测。 影响——揭示“资源倾斜+有害变异压制+网络可塑性增强”的协同机制 研究结果显示，杂交种并非简单“把所有基因都调高”，而是通过更精细的表达重编程，形成更有利于产量形成的资源分配方式：与光合作用涉及的的基因在杂交种中显著上调，叶片光合速率提高约18%，为籽粒灌浆提供更多同化物；部分胁迫响应相关基因表达下调，在一定条件下减少水分与养分的非必要消耗。换句话说，杂交种更善于把能量与养分集中到决定产量的关键环节，从而把潜在优势转化为实收产量。 更值得关注的是，研究还追踪了杂交育种的代际演进特征：现代育种过程在遗传层面不断剪除或互补不利变异，一些有害等位基因在杂交种中更容易被抑制表达，且这种抑制比例与产量增益及育成年代同步上升。这表明，杂交优势的增强并非偶然叠加，而是在长期选择压力下形成的系统优化，现代杂交种的遗传背景更“干净”，表达效率也更高。 研究更提出“转录组熵”作为度量思路：熵值越低，基因表达越有序；同时，基因调控网络可塑性越高，品种对环境变化的缓冲能力越强。现代杂交种表现为更低的转录组熵与更高的网络可塑性，使其在干旱、高温等逆境条件下仍具备较强稳产能力。这一发现为评价品种抗逆稳产提供了新的量化视角，也有助于把“看田间表现”的判断前移到“看网络结构”的机理层面。 对策——加快将网络模块转化为育种工具，提升选育精准度与效率 业内人士认为，系统性网络图谱的价值在于可转化：一上可为分子标记辅助选择提供更稳定的靶标组合，减少“只看单个标记、忽视通路协同”的偏差；另一方面可为精准改良提供模块化方向，把光合效率、籽粒灌浆、逆境适应等关键性状的调控关系嵌入高通量育种平台，实现更快速的材料筛选与组合设计。研究团队表示，下一步将推动已解析的分子网络模块与育种实践对接，促进相关技术在新品种选育中的应用落地。 前景——面向粮食安全与气候挑战，机理驱动育种将释放更大增产潜力 当前，粮食安全与农业绿色发展面临现实压力：耕地与水资源约束趋紧，增产更依赖单位面积产出提升；极端天气事件增多，对作物稳产提出更高要求。此次研究把杂种优势从“经验现象”推进到“网络机理”，不仅为玉米高产稳产提供了可验证的分子解释，也为构建面向多环境适应的育种策略提供了新路径。随着分子设计与田间验证进一步结合，玉米育种有望从“试出来”加速转向“算得准、选得快、稳得住”，为提升我国玉米综合生产能力提供更有力的科技支撑。该研究得到国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系和相关科研创新工程支持。
从经验育种到分子设计，中国科学家用长期积累揭开了杂种优势的遗传规律。这项研究不仅推进了基础认识，也为育种实践提供了可转化的工具与路径。在保障粮食供给的新任务下，科技创新正在为现代农业持续增产与稳产提供更可靠的支撑。