玉米是我国最重要的禾谷类作物。玉米杂种优势的机理是生命科学的重大难题,限制了玉米育种效率的提升。长期以来,我国自交系杂种优势关系复杂,难以获得有突破性的优良自交系。上世纪末,在东北春玉米区急需早熟,抗逆的玉米新品种。我国黄淮夏玉米区是玉米病害的频发区,急需抗病、抗逆玉米新品种。该项目解析玉米杂种优势的遗传机理,划分我国玉米杂种优势群和杂种优势模式;基于玉米杂种优势群概念,选育优良玉米自交系;组配优良玉米杂交种,并在我国东北和黄淮玉米主产区推广利用。创新点1:首次定位了玉米产量及相关性状的杂种优势位点;发现由转录因子调控的基因差异表达是杂种优势形成的重要原因;提出了利用分子标记预测玉米杂交种的新思路。在国际上首次利用杂交种的中亲优势值定位了13个玉米产量及相关性状杂种优势位点(HL heterotic loci)。发现杂种优势位点及显性与显性互作可以解释玉米穗长性状杂种优势的44.1%,加性与加性互作位点的聚合是提高玉米自交系产量的重要遗传基础。克隆了影响玉米杂交种株高的主效QTL(qPH1),是国际上最早克隆的农艺性状数量性状位点。发现了30个杂交种和亲本自交系间差异表达的转录因子,揭示了转录因子在杂交种中的下调表达可能是杂种优势形成的重要原因。在全基因组水平,优良玉米杂交种分子标记平均杂合比例约为70%,纯合为30%。提出了利用分子标记数据预测优良玉米杂交种的新思路,明显减少了田间杂交组合测试的工作量,限制提高了杂交种选育效率。创新点2:利用分子标记将我国玉米种质划分为五个主要杂种优势群;重点突破限制温热I群利用的光敏感难题;选育了34个优良玉米自交系。玉米杂种优势群的研究是玉米育种的重要基础性工作。该项目基于覆盖玉米全基因组分子标记多态性将我国玉米种质划分为五个群为主要杂种优势群:瑞德、兰卡、唐四平头、自330和温热I。在分子标记水平证实引进、吸收、消化美国玉米带优良种质对我国杂种玉米育种的重要意义。发现以唐四平头杂种优势群为代表的我国地方种质在玉米杂种优势利用中也占有重要的地位,提出了进一步利用我国地方种质提高我国玉米杂种优势利用效率的新思路。首次定名为温热I群。在杂种优势群概念的指导下,“主要性状相似、改良性状互补”的原则,建立了优良自交系高效选育的技术体系。选育了广泛利用的优良玉米自交系。创新点3:挖掘了5个主要的杂种优势模式;提出了以杂种优势模式为基础育种策略;建立了以种质交流为手段的联合育种体系;选育了61个优良玉米杂交种该项目利用分子标记技术,结合优良杂交种的系谱分析,在解析玉米杂种优势遗传基础上,针对我国玉米种质,挖掘出适合我国东北春玉米区和黄淮海夏玉米区的五大玉米杂种优势模式:瑞德×温热 I、瑞德×自330、瑞德×唐四平头 、自330 ×温热I 、兰卡×唐四平头。针对不同生态类型区的主要杂种优势模式,提出了以“杂优模式为基础,种质扩增为核心,定向组配为手段,高产多抗为目标”的育种策略,建立了以“种质交流为基础,骨干系改良为核心,联合鉴定为保证,产权共享为前提”的联合育种体系,从而极大提高了玉米新品种选育的效率。本项目共获得植物新品种权34项;共培育审定的玉米新品种61个。发表论文61篇,其中SCI收录20篇。总引次数680,他引548次。培育的玉米新品种2004-2016年累计推广8909万亩。近三年,玉米新品种累计推广2751万亩,共增收玉米5.5亿公斤,新增效益82.53亿元;合作的种子企业三年累计销售玉米杂交种7342万公斤,三年累计新增效益2.8亿元,社会经济效益显著。