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成功绘制有害突变基因二维图谱

马铃薯杂交育种获重要突破

本报北京5月4日电（记者杨舒 通讯员蔡雨琪）马铃薯是人们餐桌上的常客，但对育种家来说，培育优质马铃薯品种是个难题。北京时间2023年5月4日，国际学术期刊《细胞》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队的最新成果，通过追踪最长8000万年、累计12亿年的马铃薯基因组进化痕迹，绘制了首个马铃薯有害突变的基因二维图谱。这一图谱将有效帮助育种家预测马铃薯育种中可能出现的基因“踩坑”处，由此大大加速杂交马铃薯的育种进程。该成果标志着我国在马铃薯育种基础理论和技术上进入世界领先地位。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文介绍，马铃薯属茄科，是全球重要的粮食作物，也是我国第四大主粮作物，具有产量高、用水少、可种植地域广等优点。然而，从基因组角度看，传统栽培马铃薯属于同源四倍体，基因组较一般作物复杂，育种改良非常困难，甚至一些全球普遍种植的加工马铃薯品种仍是120多年前育成的。此外，传统马铃薯利用薯块种植，也面临着繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等问题。

为解决上述难题，近年来，黄三文团队联合国内外优势单位发起了“优薯计划”，旨在将四倍体马铃薯改造为二倍体、用种子繁殖替代薯块繁殖、用基因组学和合成生物学指导马铃薯育种，彻底变革马铃薯的育种繁殖方式，将马铃薯的育种周期由原来的10～12年缩短至3～5年。

研究发现，绝大部分的二倍体马铃薯自花授粉后不能产生成熟的种子，同时，传统育种过程中积累的有害基因突变，会造成马铃薯繁殖力和产量下降，即自交衰退，这成为妨碍马铃薯育种进程的两大障碍。针对以上问题，黄三文团队先后解析了单倍体、二倍体及四倍体马铃薯的基因组和泛基因组，初步解析了自交衰退的遗传基础，并培育出第一代自交系材料及杂交种。为进一步实现品种快速改良，高效剔除马铃薯基因组中的有害突变，研究团队收集了大量茄科物种资源，完成了茄科基因组组装和组学进化分析。这些材料最长进化时间为8000万年，共累积12亿年的进化时间。研究人员通过追踪这段进化历史的突变积累及选择结果，绘制了首个马铃薯有害突变的基因二维图谱，为鉴定马铃薯功能位点及剔除有害突变提供了新依据。

黄三文表示，这一发现使马铃薯育种驶入了快车道，可以更好地帮助育种家制定早期育种决策，进一步降低育种成本，有望将马铃薯杂交育种效率提高50%左右。中国科学院院士李家洋评价，该研究成果不仅对马铃薯，还将对粮、油、果、蔬、茶起到重要的指导作用。