2019年1月14日，《Nature Genetics（自然?遺傳）》雜志在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)在馬鈴薯自交衰退遺傳機(jī)制解析方面的研究成果,，這是“優(yōu)薯計(jì)劃”實(shí)施以來(lái)取得的又一重大理論突破,。

馬鈴薯主糧化主食化戰(zhàn)略是推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革、保障國(guó)家糧食安全的重要舉措,。然而,，現(xiàn)有馬鈴薯普通栽培種是同源四倍體，新品種選育周期長(zhǎng)（一般10-15年）,，并主要通過薯塊繁殖,，繁殖系數(shù)低、用種成本高,、易攜帶病蟲害,。自交不親和與自交衰退是培育二倍體馬鈴薯自交系的兩大障礙，制約了馬鈴薯育種和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,。為解決這兩大障礙,，黃三文團(tuán)隊(duì)發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”，利用基因組學(xué)和合成生物學(xué)技術(shù),，對(duì)馬鈴薯育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新,，實(shí)現(xiàn)二倍體馬鈴薯育種，引領(lǐng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)綠色革命,。之前的研究中,，黃三文團(tuán)隊(duì)通過基因組編輯的方法攻克了自交不親和的問題，掃清了第一道障礙,。但是,，馬鈴薯還存在嚴(yán)重的自交衰退問題，并且其遺傳基礎(chǔ)尚不清楚,。

本研究重點(diǎn)解析了馬鈴薯自交衰退的遺傳機(jī)制,，通過對(duì)151份二倍體馬鈴薯進(jìn)行重測(cè)序，鑒定了全基因組范圍內(nèi)共344,831個(gè)有害突變,。這些有害突變?cè)诮z粒區(qū)域富集,，很難通過遺傳重組將它們?nèi)壳宄＿M(jìn)一步分析表明,，任意兩份二倍體材料之間相同的有害突變僅為11％,，說明馬鈴薯中的有害突變具有品系特異性，可以通過精心設(shè)計(jì)的雜交組合使這些有害突變保持在雜合狀態(tài),，獲得具有雜種優(yōu)勢(shì)的F1雜交種。

為了鑒定這些有害突變的遺傳效應(yīng),，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了3個(gè)自交群體,，并開發(fā)了一套不依賴于親本的基因分型方法,。基于該方法,，在三個(gè)群體中鑒定了15個(gè)極端偏分離的區(qū)域,，結(jié)合表型分析，鑒定了5個(gè)純合致死位點(diǎn)以及4個(gè)影響長(zhǎng)勢(shì)的位點(diǎn),。團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對(duì)其中的一個(gè)致死突變ar1進(jìn)行了圖位克隆和功能驗(yàn)證,，發(fā)現(xiàn)它具有控制胚發(fā)育的功能。同時(shí),，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)有害突變主要位于重組率比較高的區(qū)域,，說明可以通過遺傳重組將它們有效清除。

 ▲ 馬鈴薯全基因組范圍內(nèi)的偏分離及自交衰退相關(guān)表型

a－c：三個(gè)自交群體的偏分離情況,。紅色越高表示偏分離的情況越嚴(yán)重,，箭頭表示大效應(yīng)有害突變所在的位置。d,、f,、h、j和l表示正常植株,，e,、g、i,、k,、m和n分別表示對(duì)應(yīng)的突變性狀，如根發(fā)育畸形,、白化苗,、葉緣黃化、葉片褪綠,、多分枝和過度營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),。

本研究為二倍體馬鈴薯分子設(shè)計(jì)育種提供了理論基礎(chǔ)，將有望破除馬鈴薯育種的結(jié)構(gòu)性障礙,，從根本上推進(jìn)馬鈴薯主糧化進(jìn)程,，為保障我國(guó)糧食安全貢獻(xiàn)力量。該研究得到了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部,、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程,、中國(guó)農(nóng)科院“重大產(chǎn)出科研選題”、國(guó)家自然科學(xué)基金委,、云南省高端人才項(xiàng)目以及深圳市配套經(jīng)費(fèi)的資助,。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-018-0319-1