aBIOTECH 评述 | 漫长曲折马铃薯育种路上的平凡英雄

2023年5月，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队发表在国际权威期刊《细胞》（Cell）的最新研究成果——利用进化基因组学鉴定有害突变进而指导杂交马铃薯育种（Phylogenomic discovery of deleterious mutations facilitates hybrid potato breeding）（点击题目阅读全文）。

该成果得到国际同行的广泛关注。来自加州大学戴维斯分校的遗传学家Luca Comai对此项重要成果，在aBIOTECH发表评述文章——“漫长曲折马铃薯育种路上的平凡英雄”（Unlikely heroes on the long and winding road to potato inbreeding）（点击题目或图片阅读全文）。

Luca Comai

Luca Comai的评论详细阐述了杂交马铃薯育种在过去一直未开展起来的主要原因，一是，马铃薯很难自交获得自交系，二是，目前杂合四倍体无性繁殖可以保持杂种优势，获得较好的产量，在近百年一直采用。但是杂合四倍体无性繁殖易感染病虫害，繁殖系数低，品种改良进程缓慢，不适合现代农业的大面积耕作。目前国际主要种植品种还是121年培育的，我国主要种植品种是64年前培育的'克新1号'。黄三文团队领导的“优薯计划”旨在用二倍体马铃薯替代四倍体、用杂交种子繁殖替代薯块繁殖将有效解决上述难题，引领马铃薯产业的“绿色革命”。这需要解决二倍体种质资源，自交不亲和及自交衰退三大难题。黄三文团队及其国际合者已经克服了前两个难题，初步解析了自交衰退的遗传基础，培育出第一代自交系材料及杂交种，但第三个难题尚未完全解决。

马铃薯基因组中大量杂合有害突变、排斥相连锁产生的Hill-Robertsen干涉，会导致有害突变难以通过表型来发现，难以通过自交来淘汰；已培育的自交系仍有大量微效、中效有害突变，需要进一步剔除。为实现品种快速改良必须高效剔除有害突变，亟需一种准确鉴定并定量全基因组的有害突变的新技术。黄三文团队收集大量茄科物种资源，通过对100个茄科及旋花科基因组的比较分析来追踪最长8千万年、累计十二亿年的进化痕迹，在此基础上开发出“进化透镜”来发现马铃薯进化约束及有害突变，绘制了首个马铃薯有害突变二维图谱。利用图谱信息，提出了高度纯合自交系起始材料反直觉选择的新依据，该反直觉选择可以有效选取自交系的起始材料；开发了全基因组预测农艺性状的新策略，能够根据基因型及有害突变信息，在幼苗期准确估计育种值，更好地帮助育种家制定早期育种决策，快速培育高产优质马铃薯品种。该研究将加速杂交马铃薯育种进程，标志着马铃薯育种理论和技术上的革新。该评论最后总结到大规模的基因组分析和基因组编辑技术将为解决马铃薯自交系构建的难题，促进杂交马铃薯育种。详细谨慎的研究规划以及新方法、工具将会是马铃薯自交的漫长曲折之路上的名不见经传的英雄。

吴瑶瑶

该文章一作吴瑶瑶博士表示，我们将进化遗传学、群体遗传学应用到杂交马铃薯育种中，绘制的首个包含基因型维度及有害程度维度的马铃薯有害突变二维图谱，为鉴定马铃薯功能位点及剔除有害突变提供了新依据。我们从有害突变角度解析了马铃薯高度纯合自交系难以构建的原因，提出的反直觉选择，在当代就可以预测2-3年后自交系构建结果，大幅提高自交系构建成功率，在更短时间内培育更多自交系及杂交品种，有望在指导短时间内培育更多高度纯合自交系及杂交品种。同时我们提出的全基因组预测模型，可以降低育种成本、缩短马铃薯育种周期，将加速马铃薯品种改良。

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