遺傳性狀

遺傳性狀是指生物體能夠世代相傳的一切形態特徵、生理性狀、生化特性、代謝類型、行為本能及病理現象等的統稱。 ^[2] 

性狀是生物體所表現出來的形態結構特徵、生理特徵和行為方式的特徵 。相對性狀是同一性狀的不同表現形式 。 ^[2] 

性狀是指在任何生物體中 , 可以觀察到的形態、生理、生化或心理等特徵，稱為性狀 (cha-meter) 。不同的性狀是由起作用的基因在表達過程中與環境相互作用所產生的結果。 ^[7] 

然而，每個基因的作用原本都是質量的 , 所以基因型的差異也應是質量的。 數量性狀 , 本質上與質量性狀並無不同。 ^[7] 

由於數量性狀的表型是測定得到的連續觀察值，各個觀察值 ( 表現型 ) 不能與基因型直接對應。因此進行選擇時必須使用羣體平均值或標準差等統計量進行分析。 ^[7] 

格雷戈爾·孟德爾是現代遺傳學之父，經典遺傳學的奠基人。

孟德爾著名的豌豆試驗，其本質就是關於遺傳性狀的研究。總的來説，孟德爾認為，遺傳性狀決定於基因，而表達到什麼程度則決定於基因的顯性和隱性。

其經典遺傳學理論成果包括：

第一，孟德爾發現所有的生物體內都存在着基本單位，今天稱為基因，遺傳特徵就是通過基因從親代傳給了子代。在孟德爾研究的植物裏，每項個體特徵都是由一對基因決定的。這對基因來自於父本和母本雙方各一個。 ^[4] 

第二，孟德爾發現如果一對基因中的兩個不相同的話（例如，綠色種子為隱性，黃色種子為顯性），那麼在通常情況下只有顯性基因才能在第一代中表現出來（在這種情況下指黃色種子）。但是隱性基因並沒有被毀滅，可能會傳給這個植物的後代。而每一個生殖細胞即配子（相當於人的精子細胞或卵子細胞）只含有每一對基因中的一個。至於一對基因中的哪一個出現在一個個體配子內，並且傳遞給後代，這完全是一個機遇的問題。 ^[4] 

孟德爾的“豌豆試驗”　　

孟德爾首先從許多種子商那裏，弄來了34個品種的豌豆，從中挑選出22個品種用於實驗。它們都具有某種可以相互區分的穩定性狀，例如高莖或矮莖、圓種皮或皺種皮、灰色種皮或白色種皮等。他通過人工有性雜交培植這些豌豆，對不同代的豌豆的性狀和數目進行細緻入微的觀察、計數和分析。 ^[4] 

他酷愛自己的研究工作，經常向前來參觀的客人指着豌豆十分自豪地説：“這些都是我的兒女！”

8個寒暑的辛勤勞作，孟德爾發現了生物遺傳的基本規律，並得到了相應的數學關係式。人們分別稱他的發現為“孟德爾第一定律”和“孟德爾第二定律”，它們揭示了生物遺傳奧秘的基本規律。 ^[4] 

除了豌豆以外，孟德爾還對其他植物作了大量的類似研究，其中包括玉米、紫羅蘭和紫茉莉等，以期證明他發現的遺傳規律對大多數植物都是適用的。孟德爾清楚自己的發現所具有的劃時代意義，但他還是慎重地重複實驗了多年，以期更加臻於完善。 ^[4] 

1865年，孟德爾在布魯恩科學協會的會議廳，將自己的研究成果分兩次宣讀。

第一次，與會者禮貌而興致勃勃地聽完報告，孟德爾只簡單地介紹了試驗的目的、方法和過程，為時一小時的報告就使聽眾如墜入雲霧中。 ^[4] 

第二次，孟德爾着重根據實驗數據進行了深入的理論證明。可是，偉大的孟德爾思維和實驗太超前了。 ^[4] 

儘管與會者絕大多數是布魯恩自然科學協會的會員，其中既有化學家、地質學家和生物學家，也有生物學專業的植物學家、藻類學家。然而，聽眾對連篇累牘的數字和繁複枯燥的論證毫無興趣。 ^[4] 

孟德爾用心血澆灌的豌豆所告訴他的秘密，時人不能與之共識，直到孟德爾逝世16年後，“豌豆實驗”論文正式出版後34年、他從事豌豆試驗後43年，預言才變成現實。

1900年，成為遺傳學史乃至生物科學史上劃時代的一年。從此，遺傳學進入了孟德爾時代。 ^[4] 

16年後，其預言被荷蘭的雨果·德·弗里斯、德國的卡爾·考倫斯和奧地利的埃裏克·馮·車爾麥克――來自歐洲的三位不同的科學家，在獨立工作的環境中，卻都意外地發現了孟德爾的文章。他們每人都各做着自己的植物實驗，每人又都獨自發現了孟德爾定律，而每人在發表自己的結果之前都在查閲文獻中找到了孟德爾的原文。又都認真地引證了孟德爾的論文，用各自的實驗結果證實了孟德爾的結論。 ^[4] 

孟德爾堪稱為現代遺傳學的始祖。

但是曾經，孟德爾–摩爾根學派被認為是唯心的、反動的；米丘林學派被認為是唯物的、革命的。 ^[4] 

孟德爾–摩爾根學派的發言，確有實驗根據，所説的基因確實存在，涉及遺傳學本質。

米丘林學派的發言，也有試驗根據，所論只是外部環境的關係，沒有涉及到遺傳學本質。米丘林是實踐家、育種家，但決不是遺傳學理論家。 ^[4] 

然而，對待不同理論的正確態度應該是：不迷信這一套，也不能接受這一套。去分辨誰有理，誰無理。

這是一箇中國人提出的有創新意義的關於遺傳性狀的新理論。

南開大學的藍天柱教授對孟德爾的經典遺傳學某些概念提出了質疑。他通過生物統計的辦法，從經典遺傳學的角度出發，而不是從分子遺傳學的角度看這個問題。 ^[4] 

他認為，遺傳性狀決定於細胞核基因，但表達決定於細胞質遺傳變異顯性力。他舉了個例子，一個馬和騾子交配產生下一代的兩種不同結果：如果馬做母本，產生的後代則是馬驢；如果騾子做母本，產生的後代則是騾驢。 ^[4] 

兩者的形態、耐力都不一樣。這樣，按照孟德爾的理論就解釋不通。但如果依據了新的概念和理論，就能迎刃而解。因為馬驢和騾驢細胞核基因相同，細胞質來自於不同母本，其表現當然不一樣。 ^[4] 

“所以説，孟德爾只説對了一半兒！”

根據研究試驗結果，他提出了遺傳性狀表達依細胞質遺傳變異顯性力而轉移的概念，以代替細胞核基因顯性和隱性概念，並提出了細胞核激發變異力的概念，以補充遺傳性狀決定於細胞核基因概念。 ^[4] 

根據這些新概念而提出的《作物雜交F1數量性狀遺傳》的新理論，從根本上動搖了孟德爾經典遺傳學某些理論基礎：即雜種優勢是因物種具有潛在的變異性，在有性雜交過程中，由於細胞核遺傳異質，而變為活躍的激發變異。

藍天柱認為，其遺傳變異強度因素能表達到什麼程度，則受容量因素影響。遺傳變異性狀的表達，依細胞質遺傳變異顯性力而轉移，這一新理論既有對孟德爾理論的繼承和發展，也有揚棄和突破，“是從經典遺傳學角度，思考一直困惑遺傳學家的問題”。 ^[4] 

這一理論，既可以綜合不同地域、不同年份、不同生長條件下，雜交的各種實驗數據資料，又能對各種條件下的未知雜交後代進行預測——這正是藍天柱理論生命力所在。

合理利用這一原理來指導雜交育種及雜種優勢利用，可以避免盲目性，節約人力物力，縮短育種週期，其社會效益和經濟效益是不言而喻的。 ^[4] 

藍天柱這一新概念的形成和方程式的歸納，是建立於高粱、玉米數以百計的雜交組合和數以萬計實驗數據的統計分析基礎之上。中國工程院蓋鈞鎰院士則指出，藍天柱的研究成果發展了與經典遺傳學研究方法不同的道路，探討F1、母本和父本三者關係，其特點是以母本為基底（因雜交種子長在母本植株上），然後考慮父本遺傳物質加入後所產生的變化，因而引進了“母本抗變異力”、“父本引入變異力”、“父本激活母本潛在變異力”以及“遺傳變異顯性力”等概念。由此提出了F1相對方程式，以及其在多種情況下的變化，並通過線性迴歸方法，提出了可由實驗數據估計潛在變異力、遺傳變異顯性力等參數，並進行顯著性測驗方法。 ^[4] 

通常，一種遺傳性狀或遺傳病基因位於常染色體上。遺傳病主要分為兩大類：

單基因遺傳病中，根據決定該疾病的基因所在的染色體不同，其遺傳方式主要分為以下幾種：

Ⅰ.常染色體顯性遺傳(autosomaldominantinheritance)，簡稱常顯或AD

Ⅱ.常染色體隱性遺傳(autosomalrecessiveinheritance)，簡稱常隱或AR

Ⅲ.X連鎖顯性遺傳(X-linkeddominantinheritance)，簡稱XD

Ⅳ.X連鎖隱性遺傳(X-linkedrecessiveinheritance)，簡稱XR

Ⅴ.Y連鎖遺傳(Y-linkedinheritance)

Ⅵ.線粒體遺傳(mitochondrialinheritance)

由於常染色體隱性遺傳其性質是隱性的，即在雜合狀態下不能表現出相應症狀，一些X連鎖隱性遺傳遺傳病患者是致死性的，很少見到連續傳遞現象。而近親結婚通常又能增加XR的患病風險。 ^[5] 

當致病基因位於X染色體上，且為顯性，雜合時即發病，稱為X連鎖顯性遺傳（XD）。由於交叉遺傳，男性患者的女兒全部患病，兒子都正常；女性患者的子女，將有1/2發病。系譜中女性患者多於男性患者，約為2:1，但女性患者的病情常較輕。已有的病例當中，可以看到一些家族連續幾代中都有患者，即連續傳遞現象。例如，遺傳性腎炎、抗維生素D性佝僂病等都屬於XD。與AD一樣，XD也可出現不完全顯性現象，有可能會誤判為XR。 ^[5] 

當控制某種性狀或疾病的基因位於Y染色體上而隨Y染色體傳遞的方式，稱為Y連鎖遺傳。具有Y連鎖者均為男性，親代男方致病基因僅傳遞給全部兒子，女兒全部正常，又稱全男性遺傳。Y連鎖基因較少，大多與睾丸形成、性別分化有關。如性別決定區SRY，無精症基因AZF等。 ^[5] 

線粒體遺傳疾病則發生在生殖細胞的線粒體DNA（mtDNA）突變可隨配子而傳遞給下一代，且呈母系遺傳（maternalinheritance）性狀。這是因為受精時，精子僅核DNA進入受精卵，其胞質不進入。異質性和複製分離現象表明，即使核基因組完全相同的個體，如一卵雙生，也可具有不同的細胞質基因型，從而表型有所不同了。 ^[5] 

當突變的mtDNA達到一定比例時，才可出現一定的表型。表型嚴重程度具有組織特異性，即病情與該組織器官對氧化磷酸化的依賴程度有關，腦、骨骼肌、心臟、肝臟等，對能量的依賴性漸次降低，一般受損程度也漸次減輕。 ^[5] 

mtDNA的進化率極高，一般比核DNA高10–20倍。因此，可將mtDNA用於個體識別，同時也説明，線粒體病基因型很普遍，但表型的類型不多。 ^[5] 

多基因遺傳(polygenicinheritance)是由多個基因的累加效應引起的遺傳性狀，一般與環境因素共同作用。 ^[5] 

大多發病呈家族傾向，但不符合孟德爾遺傳規律，即同胞中的患病率遠比1/2或1/4低，大約只有1％–10％。雙親近親婚配，子女再發風險率高，這是因為近親婚配的雙方帶有更多相同的從共同祖先遺傳來的致病基因。 ^[5] 

研究表明，親緣關係的遠近與發病率也有關係。例如，唇裂患者一級親屬發病率為4％，二級親屬為0.7％，三級親屬為0.3％。這一遺傳特性有別於常染色體遺傳病，在常染色體顯性遺傳每一代的危險性都較前一代降低一半。 ^[5] 

而且數據顯示，其病情越嚴重，親屬的再發風險率越高。比如單純性唇裂患兒，其同胞再發風險為4.0；若患者患雙側唇裂和齶裂，其同胞再發風險增加到5.6％。 ^[5] 

其實，大多數先天性畸形如無腦兒、脊柱裂和其它神經管缺損以及大多數先天性心臟病，以及許多常見的成人疾病如癌症、高血壓、冠心病、痛風、精神分裂症、抑鬱症及糖尿病等，都不是單純由單基因突變或染色體異常所引起的疾病，而是由多個基因和環境因素共同作用的結果，屬於多因素遺傳病。 ^[5] 

從微觀的基因層次上來看，找到決定農作物株型和籽粒這兩個宏觀性狀的關鍵基因，並弄清這些基因是如何運作的，就有希望提高農作物產量。 ^[3] 

現代生物育種理論和技術的飛速發展，則有望使育種家們在更短時間內改良目標性狀。科學家將由控制複雜性狀的主效基因或由多個基因構成並可進行遺傳操作的功能單元定義為“遺傳網絡”，並提出發現和利用產量相關的關鍵基因，解析主要產量構成性狀的複雜遺傳網絡，能夠進一步挖掘作物產量遺傳潛力，最終獲得突破產量潛力的新的育種途徑和方法。 ^[3] 

隨着基因組學、測序技術的不斷進步，作物性狀遺傳網絡的研究工具日益成熟。 ^[3] 

2012年，武維華、萬建民、韓斌等一批長期從事農作物遺傳性狀改良的科學家共同向國家自然科學基金委員會提出“主要農作物產量性狀的遺傳調控網絡解析”重大研究計劃。

2013年，該重大研究計劃啓動，科學目標為全面解析主要農作物生長髮育重要生物學過程的分子遺傳及生理生化調控網絡，為我國主要農作物高產品種培育提供理論和技術支撐。 ^[3] 

過去10 年間，在國家自然科學基金重大研究計劃持續資助下，科學家圍繞水稻、玉米和小麥產量性狀的分子遺傳機理開展了科研攻關。科學家完成了228個調控株型和籽粒發育相關的關鍵新基因的克隆與功能解析，發現了株型和籽粒發育等產量性狀形成的新機制，創建了分子設計育種的新方法，利用這種新方法已培育出25個國審和省審新品種，這些科學突破不僅寫進了700多篇論文中，也寫在了田間地頭。 ^[3] 

這便是在上述前瞻研究基礎上的產物。

研究人員利用生物信息學技術將水稻關鍵功能變異位點逐一錨定到水稻基因組的精確位置，並利用遺傳羣體對其效應強弱進行了精準評估，首次繪製出一張完整的水稻基因關鍵變異電子圖譜。研究人員進而基於該圖譜開發出水稻“地圖導航”系統RiceNavi，初步實現了水稻育種的智能化。 ^[3] 

近期，該重大研究計劃已完成評估。中國科學院院士武維華在接受《中國科學報》採訪時表示：“科研人員解析了主要農作物株型發育和籽粒形成這兩個影響作物產量性狀並且密切相關的重要生物學過程的分子遺傳及生理生化調控網絡，建立了主要農作物產量性狀分子設計育種理論，為我國主要農作物高產品種培育提供理論和技術支撐。如今，我國水稻、玉米株型和籽粒發育等方面研究的國際影響力顯著提升，相關研究實現了由‘並跑’到‘部分領跑’”。 ^[3] 

生物學的測序技術和信息學的前沿焦點發生了變化。測序技術由轉錄組測序發展到單細胞測序，信息學的前沿焦點則從大數據轉向人工智能。通過在單細胞數據解析方法、深度學習等前沿技術手段，利用生物學和信息學的前沿交叉手段，指導分子育種和水稻、玉米、小麥重要性狀的分子解析。 ^[3] 

揭開水稻分櫱調控之謎——科研人員發掘新的理想水稻株型基因並闡明其調控網絡。

對水稻而言，分櫱數目和分櫱角度等遺傳性狀，是影響株型的兩個重要因素，對水稻羣體產量起決定性作用。 ^[3] 

研究人員充分挖掘、收集遺傳材料，克隆一系列具有重要育種價值的基因，並通過水稻分櫱數目和分櫱角度的新基因作用機理解析，構建了調控分櫱數目和分櫱角度的關鍵遺傳調控網絡。 ^[3] 

作為一種新型植物激素，獨腳金內酯在水稻分櫱數目的調控中扮演着重要角色，對其信號轉導過程研究具有重要的科學意義。

科研人員在前期研究基礎上，發現理想株型調控因子IPA1是獨腳金內酯信號通路中負調控因子D53的下游靶基因，D53蛋白通過與IPA1互作抑制IPA1的轉錄激活活性，從而抑制下游基因的表達。同時，IPA1能直接結合D53的啓動子並激活D53基因的表達，形成負反饋調節。這些研究結果貫通了獨腳金內酯的信號轉導途徑。 ^[3] 

研究人員還利用酵母雙雜交方法篩選得到IPA1的互作蛋白IPI1。進一步分析揭示，IPI1對IPA1的泛素化具有組織特異性，從而精細調控不同組織中IPA1蛋白水平。

業內專家認為，IPI1在增加穗粒數的同時，並沒有“犧牲”分櫱數目，有望成為能夠應用於生產實踐的基因資源。 ^[3] 

影響分櫱角度形成的重要因素之一 ，即重力反應。研究人員在全基因組水平上構建了水稻分櫱角度動態調控的分子網絡，並挖掘到調控水稻分櫱角度形成的重要節點基因HSFA2D、LA1、WOX6和WOX11，在此基礎上建立了以LA1為核心介導的水稻分櫱角度調控途徑。 ^[3] 

同時，研究人員發現，基因OsHOX1和OsHOX28通過抑制HSFA2D表達和降低內源生長素含量，冗餘地調控水稻分櫱角度，進一步研究建立了以HSFA2D-LA1-WOX6/11為核心的重力感應介導的分子遺傳途徑，豐富了水稻分櫱角度的遺傳調控網絡。 ^[3] 

此外，研究人員還利用圖位克隆技術，克隆了控制水稻株型和產量的新基因PAY1；利用全基因組關聯分析（GWAS）發掘出30個控制水稻分櫱角度的數量性狀基因座（QTL），並展開深入分析。 ^[3] 

研究人員綜合利用農學與信息學，完成了調控玉米穗行數關鍵基因的克隆，並針對這些基因成功解析穗行數形成的遺傳調控機制。

研究人員首先鎖定候選基因KRN2，發現其對穗行數具有負調控作用。隨後通過表達分析、原生質體瞬時表達實驗、核苷酸多態性分析等多項先進實驗方法，最終確定是由於KRN2上游非編碼區在玉米馴化和改良過程中受到選擇導致其表達量降低，從而提高玉米的穗行數。 ^[3] 

基於上述結論，研究人員通過多年多點的田間試驗、表型分析發現，與野生型相比，KRN2敲除突變體的穗行數、穗粒數、穗粒重等產量相關性狀均有所提高，產量比野生型分別提高10%左右；同時，KRN2突變體不引起花期、株型、葉型、雄穗、穗長、百粒重、籽粒體積等其他農藝性狀的明顯變化。 ^[3] 

同時，研究人員解析了玉米穗行數形成的調控網絡。針對玉米控制籽粒數目的主效遺傳位點KRN4，利用全基因組關聯分析、圖位克隆等手段，證實KRN4位於控制玉米雌穗發育重要基因Unbranched3（UB3）的下游，並且遠距離調節UB3基因的表達。與KRN4互作的UB3則通過綁定LOG1和ARRs基因的啓動子區域調控LOG1和ARRs基因的表達，而LOG1和ARRs主要通過細胞分裂素的合成信號途徑控制玉米穗行數的數量變異。 ^[3] 

進一步研究表明，KRN4 作為一個UB3啓動子的遠程增強子，通過染色質互作和招募UB2為中心的轉錄複合體調控UB3在雌穗分生組織中的表達。這一結果為基因間區參與數量性狀的精細調控提供了新的證據。 ^[3] 

此外，研究人員還鑑定到一個以不同方式影響多個分生組織的突變基因gif1，以及控制玉米穗長和花數的乙烯生物合成酶ZmACO2等。 ^[3] 

研究人員認為，這些成果的取得標誌着“新綠色革命”的起點，引領了育種新方向。 ^[3] 

首先，通過農學與信息學融合，研究人員搭建起智能化育種系統。在水稻分子設計育種方法的研究中系統整理了所有公開報道的水稻數量性狀基因研究結果，通過生物信息學技術將水稻關鍵功能變異位點逐一錨定到水稻基因組的精確位置，並利用遺傳羣體對其效應強弱進行了精準評估，首次繪製出一張完整的水稻基因關鍵變異電子圖譜。 ^[3] 

其次，水稻版的“地圖導航”系統RiceNavi出爐，初步實現水稻育種的智能化。在常規稻主栽品種“黃華佔”的改良中，科學家在“地圖導航”系統的幫助下，獲得了新品系“導航1號”。這一新品種株型緊湊、生育期略短、有香味，正在進行推廣應用。 ^[3] 

再次，基於多基因聚合分子，研究人員設計出一個高產、優質水稻新組合。中國科學院院士錢前帶領課題組將“日本晴”和“9311”作為優良目標基因供體，主動對28個優良目標基因進行設計，涉及水稻產量、稻米外觀品質、蒸煮食味品質和生態適應性等。該研究結果將極大推動作物傳統育種向高效、精準、定向的分子設計育種轉變。 ^[3] 

另外，研究人員還利用已克隆的系列產量基因設計出高產基因的聚合育種模型，闡述基於秈粳亞種間雜種優勢利用的分子育種學理論並奠定了未來超級雜交稻設計的理論基礎，為水稻生產的第三次產量飛躍提供了指導性思路。 ^[3] 

上海師範大學教授黃學輝介紹，藉助於RiceNavi的選配指導和路線優化，研究人員僅用兩年半時間就實現了既定育種目標，獲得了株型緊湊、生育期略短、有香味的新品系“導航1號”。目前，該成果已正式轉讓給我國大型種業集團進行推廣應用，將為水稻新品種的快速培育提供技術支持。 ^[3] 

生物學和信息學交叉研究已經是這一領域的發展趨勢，該重大研究計劃在這一方面的探索才剛剛開始。

利用分子生物學技術、基因工程技術開展轉基因技術研究與應用，加強對油菜、水稻、小麥等主要作物進行遺傳改良。在植物相關功能基因的QTL定位、轉基因及RNAi技術等方面開展相關基礎研究和遺傳育種研究。 ^[6] 

發展高效的分子標記育種、轉基因育種和分子設計育種新技術，突破複雜性狀遺傳改良上的技術瓶頸。例如，發展基於基因組序列的重要性狀功能標記大規模開發技術和基因高通量克隆技術，解決實用分子標記和有重要育種價值的基因缺乏的重大問題。 ^[6] 

突破分子標記育種中的多基因聚合技術，轉基因育種中的高通量基因克隆、基因高效表達、多基因轉化、人工染色體及安全轉化等技術，分子設計育種中的育種模擬和全基因組選擇等技術，以進一步提高植物分子育種效率。 ^[6] 

開展了油菜芥酸、油酸、蛋白質含量等系統的遺傳研究，藉助統計遺傳學和生物信息學對複雜性狀發育調控與因素構成信息進行QTL分析，開展分子標記輔助選擇育種。 ^[6] 

通過構建RNAi載體抑制油菜脂肪酸延長酶基因（FAE1）表達，獲得了油菜脂肪酸延長酶基因（fae1）功能缺失突變體，經酶切及序列測定證實，成功構建完成油菜脂肪酸延長酶基因（fae1）反向重複結構RNAi載體，通過農桿菌介導的油菜轉化，經RCR及印染檢測，獲29個油菜轉基因再生株系。 ^[6] 

研究思路是將植物細胞工程技術、單倍體化技術、離子束誘變技術緊密結合，進行植物多倍體誘導的技術體系創造及遺傳改良研究：

①組織培養技術；

②花粉、花葯及遊離小孢子培養技術；

③利用體細胞雜交、胚培養等細胞工程技術人工合成甘藍型油菜，創造植物新型雄性不育系；

④細胞工程技術育種等研究；

⑤植物多倍體誘導的技術體系創造應用等研究。 ^[6] 

從分子到個體水平上研究作物的生長髮育、遺傳改良以及對環境適應的規律等，從理論上和應用上解釋、控制和改良植物的遺傳性狀，提供基本的依據和手段指導遺傳育種研究。

利用染色體組多倍化技術獲得了一大批同源、異源擬南芥、白菜、油菜多倍體，開展同源染色體減數分離及基因重組的影響，在全基因（組）表達水平上初步揭示新合成甘藍型油菜B.napus（AACC）表型變化的遺傳調控機制，為甘藍型油菜染色體工程育種提供新思路。 ^[6] 

提出了在多倍體水平打破物種間的生殖隔離，完成異源物種間遺傳物質的交流，創造植物新種質的技術體系；在細胞水平研究植物體的體細胞發育狀態和低能離子束生物效應以及無性系細胞的次生代謝產物；小麥、水稻、玉米等作物進行遺傳改良已初見成效，對煙草、紅豆杉、冬凌草、百花蛇舌草等藥用植物進行細胞水平的大規模培養以便開發其次生藥用成分的研究也已達到預期目的，在煙草品質改良、藥用植物細胞培養研究方面也取得了重要進展。 ^[6] 

在植物雄性不育遺傳機理、雜種優勢利用、品質性狀改良、相關功能基因的QTL定位、RNAi技術等方面開展相關基礎研究和遺傳育種研究。立足"優質+雜優+生物技術"的思路，將優質化、雜種化兩大主題與生物新技術結合，重點在植物雄性不育遺傳機理、雜種優勢利用，積極探索油菜、玉米等作物雜種優勢利用的新技術與新方法，選配出超高產雜交油菜、雜交玉米等優良新品種。 ^[6] 

目前鄭州大學團隊主要承擔國家支撐計劃項目、國家農業科技成果轉化資金等重大課題等，已成功培育胞質雄性不育系3個，育成鄭大203油菜、鄭大501番茄、青秀大椒辣椒、黑無籽2號西瓜、珍蜜5號甜瓜等新品種7個向生產推廣，產生了顯著的經濟和社會效益。 ^[6]