張全艷,張培高,徐春霞,叢一寧,劉麗*

(1.云南大學(xué)農(nóng)學(xué)院，昆明 650504；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，昆明 650205)

玉米(ZeamaysL.)是世界上廣泛種植的作物，也是我國種植面積較大的糧食作物。高產(chǎn)是我國玉米育種的首要目標(biāo)，提高單產(chǎn)是增加作物總產(chǎn)量的主要方式，加大種植密度是提高單產(chǎn)的重要方法，而選育株型緊湊的高產(chǎn)雜交種進(jìn)行合理密植是提高玉米產(chǎn)量最經(jīng)濟(jì)有效的措施之一。Mock和Pearce[1]最早提出玉米理想株型及具體指標(biāo)，隨后理想株型育種成為玉米育種的重要研究方向，先后育成了一系列株型緊湊、耐密性強的玉米品種，使種植密度逐漸提高，單產(chǎn)水平不斷提升。美國玉米主產(chǎn)區(qū)的種植密度在20世紀(jì)30年代僅為30 000株·hm-2，而目前已提升到90 000株·hm-2以上，耐密品種的選育和推廣是美國玉米產(chǎn)量穩(wěn)居世界前列的重要原因。隨著耐密品種(先鋒公司P1197YHR)的選育以及保護(hù)性耕作等栽培技術(shù)的應(yīng)用，玉米創(chuàng)下了41 340 kg·hm-2的高產(chǎn)記錄(美國國家玉米種植協(xié)會，National Corn Growers Association，NCGA)。我國掖單2號、掖單13號、DH3719、鄭單958等耐密品種的成功選育為玉米高產(chǎn)育種提供了新途徑，顯著推動了我國現(xiàn)代玉米育種進(jìn)步[3-4]。最近，Tian等[2]從玉米野生祖先種大芻草中克隆了控制玉米緊湊株型、密植增產(chǎn)的關(guān)鍵基因，建立了玉米緊湊株型的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了玉米密植株型的分子調(diào)控機制。

耐密優(yōu)良品種的選育是解決我國耕地面積減少與玉米供需矛盾的有效途徑。葉夾角作為耐密品種的重要外在形態(tài)指標(biāo)，直接決定了玉米在高密度種植條件下對避蔭綜合癥的抵抗能力，對于改善群體冠層結(jié)構(gòu)，增強光能的利用率，減小避蔭綜合癥的誘發(fā)因素，促進(jìn)光合產(chǎn)物在源、流、庫之間的高效合理運轉(zhuǎn)，增加光合產(chǎn)物的積累和提高產(chǎn)量具有重要的作用。本文從葉夾角對玉米株型、光合作用、種植密度與產(chǎn)量的影響，以及葉夾角的形態(tài)建成、遺傳、分子調(diào)控機制、QTL定位與基因克隆研究等方面綜述了葉夾角形成的分子機理和遺傳研究進(jìn)展，分析了當(dāng)前研究存在的問題，并提出了未來玉米葉夾角研究的主要方向，為耐密理想株型分子標(biāo)記輔助選擇提供理論依據(jù)，在玉米高密度育種及株型育種中也具有重要的實際應(yīng)用價值。

1 葉夾角對玉米生長發(fā)育的影響

1.1 葉夾角對玉米株型的影響

葉夾角即葉片與主莖之間的夾角，是決定玉米株型的主要因素[5]。根據(jù)葉夾角的差異，玉米株型分為平展型、緊湊型和中間型。平展型玉米植株高大、葉片寬大，穗位以上葉片與主莖之間的夾角大于45°，葉片平伸、頂尖下垂，單株生產(chǎn)潛力高，不耐密植；緊湊型玉米植株稍小、葉片窄小，穗位以上葉片與主莖之間的夾角小于30°，葉片直立向上，單株生產(chǎn)潛力低、耐密植，群體生產(chǎn)潛力高；中間型玉米介于緊湊型和平展型之間，穗位以上葉片與主莖之間的夾角在30°～45°之間。其中緊湊型玉米植株葉片直立向上，冠層截光能力低，群體透光率高，有利于中下部葉片獲得更多光照，使葉片高效地利用光能，進(jìn)而提高植株凈光合速率和群體生產(chǎn)力，增加種植密度。最早培育出的耐密玉米雜交種先鋒3306，其顯著的特點是冠層葉片直立、與地面間的夾角逐漸增大，因此能夠有效截獲光合輻射[6-7]，進(jìn)一步模擬試驗和田間試驗均表明，冠層葉片直立的雜交種都具有顯著的產(chǎn)量優(yōu)勢，說明合理的葉片結(jié)構(gòu)分布對冠層形態(tài)有重要決定作用。在高密度種植條件下，緊湊植株具有最大的光截獲葉面積指數(shù)，能夠有效地促進(jìn)籽粒灌漿中的氮素積累，因此產(chǎn)量顯著高于平展型植株。由于較小的葉夾角有利于降低冠層截光率，提高群體光能利用率和群體種植密度，從而提高產(chǎn)量，同時為了適應(yīng)高密度的種植，葉夾角也變得更加直立[2]。當(dāng)群體冠層隨種植密度增加變得擁擠時，直立的葉子可以通過減少遮蔭和保持光截獲效率以最大限度地提高光合作用，實現(xiàn)高密度種植條件下的高產(chǎn)目標(biāo)，因此較小的葉夾角是玉米育種最為重要的靶標(biāo)。

1.2 葉夾角對玉米光合作用的影響

葉長、葉寬、葉夾角和葉片形態(tài)是決定玉米株型緊湊程度的主要性狀，直接影響玉米群體冠層截光能力和群體光能利用率[6，8]。當(dāng)葉面積指數(shù)最高，葉夾角接近90°時，光合作用最強，光能利用率最高。由于高產(chǎn)品種的株高較低、葉夾角較小、穗上葉較少，葉向值、葉面積指數(shù)和單位面積內(nèi)種植群體數(shù)量較大，因此，在高密度種植條件下，中下層葉片也能獲得光照，增加產(chǎn)量。黃收兵等[9]提出，株型緊湊、穗下葉層間距小、穗位低、葉夾角小等性狀為理想株型，其具有冠層葉片排列緊密、透光率和光能利用率高等優(yōu)勢，因此有助于增加種植密度，提高產(chǎn)量。上述研究結(jié)果一致表明，減小葉夾角是構(gòu)建理想株型、提高產(chǎn)量的重要途徑之一。

1.3 葉夾角對玉米種植密度與產(chǎn)量的影響

葉夾角對玉米種植密度有重要決定作用。Pendleton等[7]比較C103×Hy組合近等基因系的產(chǎn)量差異，結(jié)果表明，攜帶liguleless2(lg2)基因的近等基因系葉片直立，具有較好的冠層結(jié)構(gòu)以及較高的光能利用率，產(chǎn)量比其他近等基因系高41.2%，此外將平展型品種先鋒3306改良為葉片直立的緊湊型品種，其光截獲效率和產(chǎn)量均顯著增加。隨后Lambert和Johnson[6]用B14×h43和Oh43×R177的RILs比較普通重組系(葉夾角35°)、liguleless1(lg1)基因型和lg2基因型玉米的產(chǎn)量，結(jié)果表明，在75 000和90 000株·hm-2的高密度種植下，lg2基因型的產(chǎn)量顯著高于普通重組系，說明葉夾角與玉米種植密度及產(chǎn)量密切相關(guān)。lg1基因型葉片直立，為高密度種植的理想株型，而lg2葉夾角較lg1大，但其光截獲效率高，因此也具有較高的產(chǎn)量。李登海等[10]將平展型玉米葉片改造成緊湊型，產(chǎn)量增加21%，而將緊湊型品種改造成平展型，產(chǎn)量減少20%，并且緊湊型品種DH3719于2005年以105 000株·hm-2的種植密度創(chuàng)下了21 042 kg·hm-2的夏玉米高產(chǎn)紀(jì)錄，較掖單13號1989年創(chuàng)造的16 444 kg·hm-2的世界夏玉米紀(jì)錄超出4 584 kg·hm-2，將單產(chǎn)紀(jì)錄提高了27.96%。近幾十年玉米株型育種取得顯著成效，與20世紀(jì)中早期育成品種相比，現(xiàn)代玉米雜交種葉片直立且葉面積較大，光截獲效率增加了14%，增產(chǎn)20%左右。此外，Ku等[8]提出，葉面積指數(shù)大于3，上部葉片直立為玉米最佳株型組合類型。隨著具有直立葉的自交系B73在雜交種選育中的廣泛利用，玉米雜交種的葉夾角逐年下降，特別是34N44、P1197YHR等葉夾角小、耐密品種的成功選育及推廣應(yīng)用為玉米增產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)，說明減小葉夾角或降低葉向值是通過株型改良提高玉米產(chǎn)量的重要途徑。

2 葉夾角的形成機制

2.1 葉夾角形態(tài)建成

葉片發(fā)育起始于莖頂端分生組織(stem apical meristem，SAM)周邊的初始細(xì)胞，包括葉原基的形成和極性軸向的建立。葉原基由頂端分生組織中心“干細(xì)胞”在生長素誘導(dǎo)下形成成簇分布的外緣葉原初生細(xì)胞，然后在遺傳背景和環(huán)境的互作效應(yīng)下，葉原基建立基-頂軸(葉的基部-頂端)、腹-背軸(莖的近軸面-遠(yuǎn)軸面)、中-邊軸(葉的主脈-邊緣)3個極性軸向，該過程為葉片發(fā)育和形態(tài)建成的關(guān)鍵時期，其中葉夾角主要由葉片與葉鞘之間的葉環(huán)所調(diào)控，葉環(huán)包括葉舌與葉耳，其形成發(fā)生在基-頂軸的極性建立過程中[11]。葉夾角與葉耳及中脈的機械支撐強度有關(guān)[12]，因此，解析葉環(huán)發(fā)育基因的調(diào)控機制有助于從分子水平闡明葉夾角形成的遺傳基礎(chǔ)。

2.2 葉夾角遺傳研究

葉夾角的廣義和狹義遺傳力均較高，并且以加性效應(yīng)為主，同時受非加性效應(yīng)的影響。蔡一林等[13]認(rèn)為，葉夾角的遺傳符合加性遺傳模型，因此以加性效應(yīng)為主，也有研究顯示，葉夾角由多基因或多位點控制，并且受非加性基因的影響[5]。Chen等[14]采用GriffingⅡ雙列雜交進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)葉夾角的遺傳符合加性-顯性-上位性模型。也有研究表明，葉夾角主要由加性效應(yīng)和母本效應(yīng)所決定。賴仲銘等[15]發(fā)現(xiàn)，在葉夾角遺傳效應(yīng)中，一般配合力作用較大，而特殊配合力的影響較小，說明玉米葉夾角的雜種優(yōu)勢不突出。綜上所述，葉夾角的遺傳效應(yīng)以加性效應(yīng)為主，但不同材料間由于遺傳背景的影響，可能存在顯性、上位性及母本效應(yīng)，因此可通過遺傳育種，選擇葉夾角較小的植株，通過株型改良提高玉米產(chǎn)量。

3 葉夾角形成的分子調(diào)控機制

3.1 葉夾角形態(tài)發(fā)育的調(diào)控機制

近年來，國內(nèi)外對玉米葉片形態(tài)發(fā)育相關(guān)基因的調(diào)控進(jìn)行了較多研究。KNOX基因家族rs1位于頂端分生組織處，維持細(xì)胞分化，其中Knotted-1(Kn1)基因是首個從植物中發(fā)現(xiàn)的KNOX1亞基因家族，其與Knox7同屬于KNOX家族，在頂端分生組織特異性表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞分化向膨大生長的轉(zhuǎn)變，形成特定的葉向，此外在基-頂軸的極性形成過程中，Kn1通常與lg3、lg4、Knox8相互作用進(jìn)而調(diào)控葉片發(fā)育[16]。研究表明，KNOX還能促進(jìn)細(xì)胞分裂素(CTK)合成基因上調(diào)表達(dá)，抑制GA3和GA20氧化酶合成，可以促進(jìn)SAM細(xì)胞分裂形成葉原基，并且增加GA的含量有利于解除DELLA對葉片發(fā)育的抑制作用[16]。lg3和lg4基因半顯性突變主要在葉鞘中表達(dá)，但是lg3隱性突變對葉片發(fā)育的影響較小，可能原因是lg3與KNOX基因家族存在一定的功能冗余[17]。此外，TCP家族的Wab1基因的顯性突變會造成異位表達(dá)，導(dǎo)致葉舌缺失，進(jìn)而影響基-頂軸極性的建立[18]。

lg1、lg2和lgn對葉舌及葉耳的發(fā)育具有調(diào)控作用。Johnston等[19]利用RNA-seq技術(shù)對突變體lg1和野生型的第六和第七葉原基、上部葉片及下部葉鞘進(jìn)行比較，共檢測到96個差異表達(dá)基因，其中34個差異表達(dá)基因在野生型中上調(diào)表達(dá)，而在lg1突變體中下調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在葉夾角的形態(tài)建成中，lg1基因首先激活PIN1a在葉環(huán)區(qū)的表達(dá)，調(diào)控生長素和葉片-鞘邊界基因如CUC2和lg3之間相互作用，阻礙邊界基因的細(xì)胞表達(dá)進(jìn)而形成葉舌。在邊界分化過程中，lg3與BEL14或BEL12對葉舌細(xì)胞分裂有互作效應(yīng)，而PIN1a蛋白介導(dǎo)的生長素促進(jìn)了邊界細(xì)胞的分裂形成葉舌。最近，Tian等[2]克隆了兩個控制玉米緊湊株型、密植增產(chǎn)的關(guān)鍵基因UPA1(uprightplantarchitecture1)和UPA2(uprightplantarchitecture2)，其中UPA2的功能變異是由于2 bp核苷酸插入/缺失，該插入/缺失為順式調(diào)控元件的突變進(jìn)而調(diào)控下游9.5 kb的B3轉(zhuǎn)錄因子ZmRAVL1的表達(dá)，UPA1主要調(diào)控BRs合成途徑中brd1基因的表達(dá)。進(jìn)一步功能分析發(fā)現(xiàn)，大芻草UPA2基因與玉米葉片發(fā)育基因DRL1的結(jié)合能力更強，而DRL1可與玉米無葉舌基因lg1互作進(jìn)而抑制lg1對ZmRAVL1的激活，引起下游brd1基因的表達(dá)下調(diào)，從而降低葉環(huán)處內(nèi)源BRs表達(dá)水平，影響葉耳細(xì)胞的增殖，最終形成較小的葉夾角。

3.2 葉夾角形成的激素調(diào)節(jié)機制

葉夾角的形態(tài)建成與植物激素特別是油菜素內(nèi)酯(brassinosteroids,BRs)、生長素(auxin,IAA)和赤霉素(gibberellin,GA)密切相關(guān)。在玉米、水稻以及高粱中，國內(nèi)外鑒定出大量的BRs合成、信號傳遞相關(guān)基因，其中參與BRs信號傳導(dǎo)的基因突變體大多表現(xiàn)為葉夾角較小。Makarevitch等[20]研究油菜素內(nèi)酯C-6氧化酶對玉米生長發(fā)育的影響發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞色素P450家族Brd1基因的無義突變會影響B(tài)Rs的合成，引起植株矮化、葉片呈波浪狀扭曲、葉舌變小、葉耳增大，并且葉耳與葉片的邊界消失，進(jìn)而影響葉夾角的大小。Best等[21]鑒定出BRs合成途徑的另一個基因na2，該基因突變同樣影響B(tài)Rs的合成，導(dǎo)致株高矮化、葉片形態(tài)化及葉夾角變大。此外，玉米2號染色體上qLA2的候選基因ZmILI1，通過與下游基因lg1的啟動子結(jié)合后激活lg1的表達(dá)，從而調(diào)控葉夾角。此外ZmILI1和CYP90D1形成負(fù)調(diào)控，維持玉米中BRs的平衡[22]。通過RNAi干擾BRs受體的同源基因表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株更綠、株型更緊湊且植株形態(tài)扭曲，葉舌與葉耳均變小。上述研究表明，BRs對葉夾角的形成具有重要調(diào)控作用。

IAA也參與調(diào)控玉米葉夾角的形成和發(fā)育，其作用機制較復(fù)雜。Moon等[23]通過生長素定向運輸?shù)鞍椎臒晒獬上穹治?，發(fā)現(xiàn)生長素在葉片-葉鞘邊界的葉舌形成部位累積，說明生長素與葉舌的形成有關(guān)。此外葉夾角基因LAZY1通過調(diào)節(jié)生長素的極性運輸，進(jìn)而影響細(xì)胞發(fā)育使葉夾角發(fā)生改變[24-25]。Fellner等[26]比較現(xiàn)代玉米品種3394與早期育成品種307對生長素的響應(yīng)情況發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代品種3394的葉夾角更小，其對生長素敏感性減弱，因此品種的適應(yīng)性性更強，主要原因是3394的葉夾角較小，生長素結(jié)合蛋白基因ABP4的表達(dá)量隨之下降，因此對生長素的敏感性減弱。

赤霉素對葉夾角的形態(tài)建成有一定影響。Kong等[12]對自交系B73和986進(jìn)行比較，從葉夾角較小的986中鑒定出7個與細(xì)胞分裂素(CK)降解相關(guān)基因、19個乙烯(ETH)和23個GA信號傳導(dǎo)相關(guān)基因，這些基因調(diào)控細(xì)胞分裂并促進(jìn)細(xì)胞的伸長，進(jìn)而影響葉夾角的形成。Best等[21]研究表明，GA突變體、BRs突變體以及GA-BR雙突變體與普通植株間株高、葉夾角、分蘗以及育性均存在顯著差異，特別是兩種激素的雙突變體株型與育性均有較大差異，說明GA和BRs基因間的互作可能對葉夾角的形成有重要調(diào)控作用。

4 葉夾角的QTL定位與基因克隆研究

4.1 葉夾角的QTL定位研究

連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析是研究農(nóng)作物復(fù)雜數(shù)量性狀的主要方法，國內(nèi)外對玉米葉夾角相關(guān)QTL進(jìn)行了大量的研究(表1)。Mickelson等[27]最早對葉夾角進(jìn)行研究，用B73和Mo17構(gòu)建重組自交系群體(RILs)，采用復(fù)合區(qū)間作圖法在兩個試點共檢測到9個葉夾角QTL，其中位于第1和7號染色體上的主效QTL分別解釋表型變異的20.6%和27.7%。Guo等[3]用10個不同自交系作為供體親本，以農(nóng)系531為受體親本構(gòu)建染色體片段導(dǎo)入系，鑒定出4個葉夾角發(fā)育相關(guān)QTL，其中位于第2、9及10號染色體上QTL分別解釋了12.7%、14.1%和26.5%的表型變異。Tian等[5]利用5 000份RILs組成的巢式關(guān)聯(lián)作圖(nested association mapping，NAM)群體，在9個環(huán)境下進(jìn)行表型鑒定，通過玉米全基因組關(guān)聯(lián)分析，從160萬個遺傳位點鑒定葉舌基因的變異類型及葉夾角QTL/基因，共檢測到30個葉夾角QTL，解釋總遺傳變異的74.8%。Li等[49]利用GBS(genotyping by-sequencing)簡化測序技術(shù)分析3個RILs群體的基因型，在6個環(huán)境下對3個株型葉夾角相關(guān)性狀進(jìn)行分析，共檢測到17個葉夾角QTL位點，能夠解釋表型變異的2.0%～11.4%。李威亞[43]以玉米大芻草滲入系BC2F5群體為研究材料，在第2染色體定位到兩個葉夾角QTL(qLA2-1和qLA2-2)，分別解釋表型變異的9.2%和10.9%，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這兩個葉夾角QTL來自大芻草。郭書磊等[50]利用Meta-QTL統(tǒng)計方法對不同實驗、不同群體的株型相關(guān)QTL進(jìn)行整合，在已報道的592個QTL中，鑒定出17個一致性葉夾角QTL，顯著縮小了QTL置信區(qū)間，提高了QTL的定位精度。Dzievit等[44]通過單個群體或跨群體的聯(lián)合連鎖分析，檢測到495個株型相關(guān)QTL，能解釋表型變異的0.4%～85.1%。進(jìn)一步通過Meta-QTL分析了325個非重疊QTL，找到58個真實性葉夾角QTL，分布在玉米的10條染色體上，其中葉夾角相關(guān)的熱點區(qū)域主要分布在1、2、3、7和10染色體上。

表1 玉米葉夾角QTL定位匯總Table 1 QTL summary of leaf angle in maize

上述研究表明，玉米RILs群體、NAM群體、大芻草群體及SSR標(biāo)記、SNP標(biāo)記、GBS技術(shù)等均廣泛用于葉夾角的QTL定位研究。國內(nèi)外學(xué)者對現(xiàn)有QTL進(jìn)行整合分析，明確了研究目標(biāo)的重點區(qū)域與選擇范圍，相關(guān)結(jié)果為葉夾角基因的挖掘和克隆提供了重要信息。然而不同研究選用的材料不同，定位到的QTL存在顯著差異，說明葉夾角QTL受遺傳背景的影響較大，未來仍需利用不同材料定位新的葉夾角QTL。此外，現(xiàn)有葉夾角QTL定位的研究材料均為溫帶玉米種質(zhì)，溫帶材料間遺傳差異較小，其所構(gòu)建的群體分離模糊，所報道的玉米葉夾角QTL效應(yīng)普遍較小，不夠穩(wěn)定。此外，遺傳群體與育種群體的不一致更加限制了遺傳分析結(jié)果的育種價值。

4.2 玉米葉夾角相關(guān)基因的克隆

目前已克隆的玉米葉夾角相關(guān)基因有12個(表2)。Schneeberger等[51]最早利用轉(zhuǎn)座子誘變法克隆了KNOX家族基因rsl，該基因編碼RS1蛋白,與KN1結(jié)構(gòu)域高度同源，rsl基因在頂端分生組織中周期性表達(dá)，并且主要在頂端分生組織葉片形成的葉環(huán)區(qū)以及花序和花分生組織形成的區(qū)域表達(dá)，時空表達(dá)分析顯示rsl基因影響基部-末端軸向的形成過程。與野生型相比，rsl基因在突變體植株的葉原基中異位表達(dá)，影響葉舌和葉鞘的形成進(jìn)而決定葉夾角的大小。隨后，用相同的轉(zhuǎn)座因子標(biāo)簽法克隆了lg1、lg2、lg3和lgn基因。Ku等[54]用豫82×沈137的F2:3家系，圖位克隆了葉夾角基因ZmTAC1，其位于2號染色體qLA2區(qū)域，與水稻OsTAC1基因高度同源，編碼263個氨基酸組成的功能未知蛋白。RT-PCR分析發(fā)現(xiàn),ZmTAC1在葉鞘中的表達(dá)量最高，葉片和莖尖中較低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在緊湊型自交系豫82中，5’-UTR端序列為“CTCC”，在平展型沈137中，5’-UTR端為“CCCC”，該序列差異引起ZmTAC1基因在不同品種之間的不同表達(dá)，從而影響葉夾角的大小。此后，用相同的方法圖位克隆了ZmCLA4、nanaplant2、ZmILI1、UPA2/UPA1、ZmIBH1-1等葉夾角基因。

玉米葉夾角基因的克隆為解析玉米葉夾角的遺傳基礎(chǔ)提供了新思路和新方法，最近基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)，利用RNA介導(dǎo)的基因組定向編輯技術(shù)，對玉米自交系的lg1基因進(jìn)行編輯并成功篩選到突變體[56]，為利用lg1基因改變?nèi)~夾角的大小開辟了新途徑。但葉夾角性狀由多基因調(diào)控，調(diào)控方式比較復(fù)雜，單基因在表型控制方面貢獻(xiàn)效率較低，目前成功用于玉米新品種選育的葉夾角基因僅見于lg1和lg2。因此，在玉米葉夾角的發(fā)育調(diào)控研究中，亟待開展關(guān)鍵基因之間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控研究，為玉米株型分子育種提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

5 展望

我國玉米消費量的增長不可逆轉(zhuǎn)，提高單產(chǎn)的壓力越來越大，充分發(fā)掘玉米遺傳資源的潛在優(yōu)勢，在育種技術(shù)升級的基礎(chǔ)上，培育高產(chǎn)高效的玉米新品種，提高單位面積的產(chǎn)量是保障我國糧食安全的戰(zhàn)略措施。近年來，株型育種已成為玉米遺傳育種研究的重點領(lǐng)域，玉米葉夾角對高密度種植及產(chǎn)量具有決定作用，因此對調(diào)控葉夾角發(fā)育的機理及遺傳研究已成為我國玉米研究的熱點。

國內(nèi)外關(guān)于玉米株型形態(tài)及分子調(diào)控機理的大量研究認(rèn)為,植株中層的葉片大而寬，能截獲更多的光能，光合作用強，葉綠素含量比上層和下層的含量高，尤其是在灌漿期，對玉米籽粒的形成過程影響較大。然而中部葉片能否得到充足的光照條件，取決于上層葉的葉夾角大小，隨著太陽一天中的運動變化，如果穗上葉緊湊，有利于延長上層葉的受光時長，提高光合速率，并且減少了對中層及下層葉片的遮擋，有效促進(jìn)了中層葉片葉綠素的積累，進(jìn)而提高了玉米產(chǎn)量。因此,玉米葉夾角的形態(tài)建成及調(diào)控對玉米冠層結(jié)構(gòu)及光合效率有重要決定作用，成為國內(nèi)外研究的重點領(lǐng)域。目前已解克隆了一系列葉夾角調(diào)控基因，如lg1和lg2基因已成功應(yīng)用于育種實踐。然而由于玉米光合指標(biāo)多為次級性狀，與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性較低且重復(fù)性較差，加之玉米植株高大，增加了對玉米生理性狀準(zhǔn)確鑒定的難度，因此葉夾角形成的生理調(diào)控有待進(jìn)一步研究。葉夾角的大小主要與葉片中脈的機械支持強度有關(guān)，挖掘影響葉脈強度的相關(guān)基因及解析其遺傳機制，為改良葉夾角進(jìn)一步提供有用信息。然而現(xiàn)有研究主要集中于葉原基、葉舌和葉耳的發(fā)育及油菜素內(nèi)酯的代謝等，對葉脈強度及緊湊型與平展型植株間的生理性狀差異比較等研究相對較少，亟待進(jìn)一步加強。

目前國內(nèi)外對玉米葉夾角的遺傳規(guī)律及QTL定位方面開展了較多研究并取得顯著進(jìn)展，但仍存在以下問題：①不同研究選用的材料不同，定位到的QTL存在顯著差異，說明葉夾角QTL受遺傳背景的影響較大，未來仍需利用不同材料定位新的葉夾角QTL；②現(xiàn)有葉夾角的QTL定位研究材料均為溫帶玉米種質(zhì)，溫帶材料間遺傳差異較小，所報道的玉米葉夾角QTL效應(yīng)普遍較小，在今后的遺傳研究中，迫切需要從遺傳變異豐富的熱帶玉米中挖掘玉米葉夾角QTL，拓寬玉米種質(zhì)基礎(chǔ)；③由于葉夾角QTL定位的親本群體無法覆蓋全部玉米種質(zhì)，早期分子標(biāo)記多為SSR標(biāo)記，密度較低，檢測到葉夾角相關(guān)QTL有限，并且定位到的大多QTL置信區(qū)間遺傳距離較大，進(jìn)一步精細(xì)定位后未能鑒定出目標(biāo)基因并開發(fā)功能標(biāo)記，因此難以應(yīng)用到分子標(biāo)記輔助選擇等育種實踐。

高通量、高密度分子標(biāo)記檢測技術(shù)的進(jìn)步，以及生物信息學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展，為深入研究玉米葉夾角的遺傳機理展現(xiàn)了廣闊的前景。未來玉米葉夾角的遺傳研究有待進(jìn)一步加強：①目前已完成全基因組測序的玉米種質(zhì)包括73、Mo17、W22、SK、PH207、mexicana、HZS[25]，建議今后結(jié)合現(xiàn)有的QTL定位結(jié)果，利用生物信息學(xué)比較葉夾角QTL熱點區(qū)域的序列差異，挖掘葉夾角相關(guān)候選基因并進(jìn)行功能驗證；②在已有QTL初定位結(jié)果的基礎(chǔ)上，精細(xì)定位葉夾角相關(guān)候選基因，并解析其功能；③根據(jù)已克隆的葉夾角相關(guān)基因的序列，開發(fā)功能標(biāo)記，結(jié)合分子標(biāo)記的前景和背景選擇，進(jìn)行育種應(yīng)用；④根據(jù)水稻、高粱及二穗短柄草中控制葉夾角發(fā)育關(guān)鍵基因的序列，在玉米B73、Mo17和SK的基因組中尋找相同物理位置或功能相似的基因，利用CRISPR/Cas9技術(shù)進(jìn)行基因編輯，篩選突變體，挖掘葉夾角發(fā)育關(guān)鍵基因。在上述研究的基礎(chǔ)上還應(yīng)深入研究基因間的互作，解析其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，闡明葉夾角形成的分子機理，對玉米株型育種及高密度栽培等均具有重要的實際應(yīng)用價值。