“優(yōu)薯計劃”取得從0到1的突破———通過基因組設計培育第一代雜交馬鈴薯

　　北京時間6月24日，《細胞（Cell）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）黃三文團隊題為“Genome design of hybrid potato（雜交馬鈴薯的基因組設計）”的研究成果。該研究是“優(yōu)薯計劃”實施以來取得的里程碑式突破。

 

　　為了解決馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨的育種周期長和薯塊繁殖成本高的問題，黃三文研究團隊聯(lián)合云南師范大學等國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”，運用“基因組設計”的理論和方法體系培育雜交馬鈴薯，用二倍體育種替代四倍體育種，并用雜交種子繁殖替代薯塊繁殖。

 

　　在前期克服了自交不親和和解析自交衰退的遺傳機制的基礎上，黃三文團隊利用基因組大數(shù)據(jù)進行育種決策，建立了雜交馬鈴薯基因組設計育種流程，包括四個環(huán)節(jié)：（1）用于培育自交系的起始材料的選擇，選擇的標準是起始材料的基因組雜合度較低和有害突變數(shù)目較少；（2）起始材料自交群體的遺傳解析，主要是根據(jù)全基因組偏分離分析和表型評價，確定大效應有害等位基因和優(yōu)良等位基因在基因組中的分布；（3）自交系的選育，根據(jù)前景和背景選擇淘汰大效應有害突變、聚合優(yōu)良等位基因，尤其是要打破大效應有害突變和優(yōu)良等位基因之間的連鎖；（4）雜交種的選育，根據(jù)基因組測序的結果，選擇基因組互補性較高的自交系進行雜交，獲得雜種優(yōu)勢顯著的雜交種。

 

　　利用該策略，該團隊已經(jīng)培育出第一代高純合度（>99%）自交系和雜交品系“優(yōu)薯1號”。小區(qū)試驗顯示“優(yōu)薯1號”的產(chǎn)量接近3噸/畝，具有顯著的產(chǎn)量雜種優(yōu)勢，同時還具有高干物質(zhì)含量和高類蘿卜素含量的特點，蒸煮品質(zhì)佳。

 

　　“優(yōu)薯1號”的成功選育證明了雜交馬鈴薯育種的可行性，使馬鈴薯遺傳改良進入了快速迭代的軌道。

 

　　黃三文為該論文的通訊作者，張春芝為第一作者，此外中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）和云南師范大學多位科研人員也為該研究做出了重要貢獻。該研究得到了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、深圳市、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.06.006