我国“优薯计划”取得重大理论突破

    日前，云南师范大学马铃薯科学研究院博士后张春芝、博士研究生王培作为第一作者，以《马铃薯自交衰退的遗传基础》为题在国际顶级植物期刊《自然－遗传学（Nature Genetics）》发表了创新性研究论文。其研究成果意味着我国“优薯计划”取得重大理论突破，为马铃薯产业“绿色革命”揭开序幕。

    马铃薯是世界上重要的块茎类粮食作物。与其他谷物类粮食作物不同，马铃薯是依靠薯块繁殖的同源四倍体物种。隐性有害等位基因隐藏在高度杂合的四倍体基因组中，使得优良等位基因很难聚合在一起，这是导致马铃薯育种周期长的主要原因。一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植。中国栽培面积最大的品种“克新1号”是1958年育成的，至今仍广泛种植。马铃薯产业面临的另外一个挑战是薯块繁殖，存在繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等问题。为了彻底打破产业发展中的障碍，在农业农村部和深圳市的支持下，云南师范大学特聘教授、马铃薯科学研究院院长、中国农业科学院农业基因组研究所所长黄三文研究员在联合国内外优势单位发起了“优薯计划”，即用基因组学和合成生物学指导马铃薯产业的“绿色革命”。

    自然界中70%的马铃薯种质资源为二倍体，其丰富的遗传变异为“优薯计划”的实施提供了基础。但是，自交不亲和与自交衰退限制了自交系的培育。在之前的研究中，该团队成员通过基因组编辑的方法克服了自交不亲和的障碍。在本研究中，研究人员重点解析了马铃薯自交衰退的遗传机制。有害突变是导致自交衰退的主要原因，说明马铃薯中的有害突变具有品系特异性，可以通过精心设计的杂交组合使这些有害突变保持在杂合状态，获得具有杂种优势的F1杂交种。为了鉴定这些有害突变的遗传效应，研究人员构建了3个自交群体，并开发了一套不依赖于亲本的基因分型方法。通过等位基因频率分析发现，致死突变ar1在马铃薯群体中是一个稀有突变。有意思的是，这些大效应的有害突变主要位于重组率比较高的区域，说明是可以通过遗传重组将它们有效清除的。

    云南师范大学马铃薯科学研究院副院长李灿辉表示：“用二倍体替代四倍体，并用杂交种子替代薯块，是对马铃薯的育种和繁殖方式进行颠覆性创新，现又找到马铃薯自交衰退的原因和解决办法，为二倍体马铃薯育种提供了理论基础，也为解析其他无性繁殖作物的自交衰退提供了借鉴。此项成果推广应用后，将为我国节约1000多万亩耕地。”

    （本报记者 张勇）