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成功繪制有害突變基因二維圖譜

馬鈴薯雜交育種獲重要突破

本報北京5月4日電（記者楊舒 通訊員蔡雨琪）馬鈴薯是人們餐桌上的常客，但對育種家來說，培育優質馬鈴薯品種是個難題。北京時間2023年5月4日，國際學術期刊《細胞》在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所黃三文團隊的最新成果，通過追蹤最長8000萬年、累計12億年的馬鈴薯基因組進化痕跡，繪制了首個馬鈴薯有害突變的基因二維圖譜。這一圖譜將有效幫助育種家預測馬鈴薯育種中可能出現的基因“踩坑”處，由此大大加速雜交馬鈴薯的育種進程。該成果標志著我國在馬鈴薯育種基礎理論和技術上進入世界領先地位。

中國農業科學院深圳農業基因組研究所研究員黃三文介紹，馬鈴薯屬茄科，是全球重要的糧食作物，也是我國第四大主糧作物，具有產量高、用水少、可種植地域廣等優點。然而，從基因組角度看，傳統栽培馬鈴薯屬于同源四倍體，基因組較一般作物復雜，育種改良非常困難，甚至一些全球普遍種植的加工馬鈴薯品種仍是120多年前育成的。此外，傳統馬鈴薯利用薯塊種植，也面臨著繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等問題。

為解決上述難題，近年來，黃三文團隊聯合國內外優勢單位發起了“優薯計劃”，旨在將四倍體馬鈴薯改造為二倍體、用種子繁殖替代薯塊繁殖、用基因組學和合成生物學指導馬鈴薯育種，徹底變革馬鈴薯的育種繁殖方式，將馬鈴薯的育種周期由原來的10～12年縮短至3～5年。

研究發現，絕大部分的二倍體馬鈴薯自花授粉后不能產生成熟的種子，同時，傳統育種過程中積累的有害基因突變，會造成馬鈴薯繁殖力和產量下降，即自交衰退，這成為妨礙馬鈴薯育種進程的兩大障礙。針對以上問題，黃三文團隊先后解析了單倍體、二倍體及四倍體馬鈴薯的基因組和泛基因組，初步解析了自交衰退的遺傳基礎，并培育出第一代自交系材料及雜交種。為進一步實現品種快速改良，高效剔除馬鈴薯基因組中的有害突變，研究團隊收集了大量茄科物種資源，完成了茄科基因組組裝和組學進化分析。這些材料最長進化時間為8000萬年，共累積12億年的進化時間。研究人員通過追蹤這段進化歷史的突變積累及選擇結果，繪制了首個馬鈴薯有害突變的基因二維圖譜，為鑒定馬鈴薯功能位點及剔除有害突變提供了新依據。

黃三文表示，這一發現使馬鈴薯育種駛入了快車道，可以更好地幫助育種家制定早期育種決策，進一步降低育種成本，有望將馬鈴薯雜交育種效率提高50%左右。中國科學院院士李家洋評價，該研究成果不僅對馬鈴薯，還將對糧、油、果、蔬、茶起到重要的指導作用。

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