11月19日,，2021中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展高峰論壇暨中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展論壇在北京舉行, 會議發(fā)布了《2021中國農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進展》《“十三五”農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展報告》《2021中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新技術(shù)》等8個專題研究和智庫報告,。

　　據(jù)中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長吳孔明介紹,，《2021中國農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進展》以2020年我國各類科研機構(gòu)正式發(fā)表的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域高水平科學(xué)研究論文為基礎(chǔ),，根據(jù)“前沿引領(lǐng)、開創(chuàng)卓越,、重大突破”的遴選原則,，遴選出了10項能夠充分代表2020年我國農(nóng)業(yè)科技前沿研究水平、取得重大突破性進展的基礎(chǔ)科學(xué)研究成果,。10項中國農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進展主要涵蓋了基因組學(xué),、重要功能基因解析、重大病蟲害災(zāi)變機制,、動物胚胎發(fā)育,、動物新冠病毒感染和傳播、作物栽培耕作等研究領(lǐng)域,。

　　其中,，基因組所關(guān)于“構(gòu)建雜合二倍體馬鈴薯基因組圖譜”的研究成果入選2021中國農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進展。

　　構(gòu)建雜合二倍體馬鈴薯基因組圖譜

　　栽培馬鈴薯是同源四倍體,，雜交后代性狀分離嚴重,，導(dǎo)致育種研究困難，品種改良周期漫長,。千百年來,，馬鈴薯一直通過塊莖進行無性繁殖。近年來,，基因組所黃三文研究團隊聯(lián)合多家單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”,，用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的“綠色革命”，用二倍體替代四倍體,，并用雜交種子替代薯塊,，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行顛覆性創(chuàng)新。

　　2011年,，黃三文團隊參與了由14個國家組成的國際馬鈴薯基因組測序聯(lián)盟,，主導(dǎo)完成了單倍體馬鈴薯DM的基因組。2017年,，團隊再次對二倍體馬鈴薯RH發(fā)起科研攻關(guān),，通過多種測序技術(shù)相結(jié)合的策略，克服了雜合基因組組裝的障礙,，成功組裝了兩套染色體級別的單體型,，并進行了序列變異、基因表達、有害突變預(yù)測,、重點基因挖掘等分析,。研究發(fā)現(xiàn)二倍體馬鈴薯基因組內(nèi)積累了2萬余個有害突變，并且有些有害突變與優(yōu)良基因緊密連鎖,，很難通過傳統(tǒng)雜交的方法徹底淘汰,。在二倍體育種中需要通過不同遺傳背景自交系的雜交，使有害突變保持在雜合狀態(tài),，屏蔽其不良效應(yīng),。該工作首次解析了二倍體馬鈴薯基因組單體型，為馬鈴薯二倍體育種提供理論支持,，有助于利用基因組學(xué)和合成生物學(xué)方法快速打構(gòu)建優(yōu)良的二倍體自交系,，讓優(yōu)薯計劃的實現(xiàn)又向前邁進了一步。

　　該研究成果2020年10月在《Nature Genetics》在線發(fā)表,。

　　另外,，“雜交馬鈴薯基因組設(shè)計育種技術(shù)”入選“2021 中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新技術(shù)”,。

　　雜交馬鈴薯基因組設(shè)計育種技術(shù)

　　馬鈴薯是我國重要的糧菜兼用作物,。長期以來馬鈴薯的研究和生產(chǎn)以同源四倍體為主，使得產(chǎn)業(yè)面臨兩個結(jié)構(gòu)性障礙,。一是四倍體遺傳復(fù)雜，導(dǎo)致育種周期長,、品種更新慢。二是馬鈴薯以薯塊進行無性繁殖,，存在繁殖系數(shù)低,、儲運成本高、易攜帶病蟲害等缺陷,。為解決產(chǎn)業(yè)面臨的問題，黃三文團隊提出開展雜交馬鈴薯基因組設(shè)計育種,，將馬鈴薯由四倍體無性繁殖作物改造成二倍體種子作物。自然界中70%的馬鈴薯種質(zhì)資源都是二倍體,，為二倍體育種提供了豐富的遺傳多樣性,。但是，自交不親和與自交衰退是限制二倍體育種的兩大障礙,。

　　研究團隊通過對控制自交不親和的S-RNase基因進行定點突變和篩選天然S-RNase功能缺失型突變體兩種方式，解決了自交不親和的難題,，無需引入野生種片段,，避免了連鎖累贅,，提高了育種效率，開辟了二倍體育種的新路徑（Nat Plants 2018,；Nat Genet 2019）。研究團隊對導(dǎo)致自交衰退的有害突變進行了系統(tǒng)分析,，揭示了其在基因組上的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)有害突變鑲嵌分布于兩個單倍型中,，難以通過重組徹底淘汰（Nat Genet 2020）,。進一步研究發(fā)現(xiàn)，有害突變具有品系特異性,，不同材料間相同的有害突變僅有11%，可以通過選配親本,，使有害突變保持在雜合狀態(tài)以掩蓋其不良效應(yīng)（Nat Genet 2019）。在此基礎(chǔ)之上,，研究團隊構(gòu)建了馬鈴薯基因組設(shè)計育種流程，培育了第一代高純合度（大于99%）自交系和第一個概念性雜交種“優(yōu)薯1號”,，具有顯著的雜種優(yōu)勢,，證明了新技術(shù)的可行性,，解決馬鈴薯遺傳改良進程慢和種薯儲繁成本高兩大難題,，為馬鈴薯種子商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)（Cell 2021）,。