aBIOTECH | 北京市农林科学院赵久然团队采用多基因协同编辑强化玉米γ-氨基丁酸（GABA）生物合成，创制GABA含量提高4.87倍的玉米优新种质

γ-氨基丁酸（GABA）是生物体内天然存在的非蛋白质氨基酸，作为人体中重要的神经递质，在放松神经、缓解焦虑、改善睡眠及调节血压、血糖等方面具有显著功效。目前，日本已率先实现基因编辑高GABA含量番茄的商业化上市，而国内外尚无高GABA玉米优新种质创制的报道。玉米GABA在蒸制、微波加热及低温储存等条件下均表现出较高的保留率（70%–95%），具备良好的加工与储存适应性，若能通过基因编辑提升玉米GABA含量，每日食用两根即可满足人体营养所需。因此，亟需采用多基因协同编辑生物合成策略，对玉米GABA代谢途径进行精准强化与定向调控，填补玉米高GABA种质创新空白。

近日，北京市农林科学院玉米研究所赵久然研究员团队在aBIOTECH 发表了题为“Development of elite germplasm with high ɣ-aminobutyric acid (GABA) content by targeted mutation of ZmGAD3 and ZmGABA-TP1 in maize”的研究论文。该研究利用多基因协同编辑策略精准调控ZmGAD3、ZmGABA-TP1-1、ZmGABA-TP1-2，首次实现玉米γ-氨基丁酸（GABA）生物合成精准强化，实现籽粒及鲜食玉米功能化营养改良。

玉米中GABA主要由谷氨酸脱羧酶（ZmGAD）催化谷氨酸转化合成，ZmGAD酶C末端的钙调蛋白结合结构域（CaMBD）对其酶活性具有负向调控（抑制）作用，采用基因编辑精准编辑钙调蛋白结合位点，解除负向调控（抑制）作用，成功将玉米籽粒GABA含量提升0.59-2.15倍，实现GABA生物合成强化，且对玉米植株表型及籽粒产量无显著影响；进一步对GABA分解途径的关键酶—GABA转氨酶（ZmGABA-TP1-1与ZmGABA-TP1-2）进行编辑，阻断GABA分解代谢，成功将玉米籽粒GABA含量提升1.28-2.99倍，实现GABA累积效应；基于上述合成强化与分解阻断的正向调控结果，深入对ZmGAD3、ZmGABA-TP1-1与ZmGABA-TP1-2基因多靶点协同集成编辑，成功创制出一系列兼具不同GABA含量与产量表现的优良种质，在高GABA含量与高产量性状间实现了良好平衡，玉米籽粒中GABA含量最终提升2.63-4.87倍，真正将玉米定向改造为GABA的生物合成“高效细胞工厂”。

图1. 玉米多基因协同精准编辑生物合成γ-氨基丁酸（GABA）

本团队前期成功突破了玉米骨干亲本自交系遗传转化技术瓶颈，构建了兼具高效编辑与低嵌合突变国产多靶点基因编辑平台。在此基础上，本研究进一步验证了系统化、工程化国产基因编辑生物育种技术体系的可行性，标志着玉米精准编辑生物合成在营养强化育种领域取得实质性进展。由此，团队形成了“基因发掘-精准编辑-遗传转化-种质创制”“流水线”式遗传改良生物育种技术体系，推动玉米育种向精准化、高效化方向发展。

该研究得到国家自然科学基金、北京学者和北京市乡村振兴农业科技项目等资助。北京市农林科学院玉米研究所王瑶、张璐、刘梦媛为本文共同第一作者，北京市农林科学院玉米研究所赵久然研究员、王荣焕研究员和刘亚研究员为共同通讯作者，团队成员刘新香、宋子恒、李晓旭、付月也参与了该研究。

引用本文：

Wang Y, Zhang L, Liu M, Li X, Liu X, Song Z, et al. Development of elite germplasm with high ɣ-aminobutyric acid (GABA) content by targeted mutation of ZmGAD3 and ZmGABA-TP1 in maize. aBIOTECH 2026:100063.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100063

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

https://www.sciencedirect.com/journal/abiotech

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