基因組編輯技術(shù)解決馬鈴薯自交不親和難題

2018年8月13日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究團(tuán)隊(duì)利用基因組編輯技術(shù)克服了馬鈴薯自交不親和難題，成果在線發(fā)表于《自然·植物（Nature Plants）》雜志上，這是“優(yōu)薯計(jì)劃”實(shí)施以來(lái)發(fā)表的首篇重要研究論文。

馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物。長(zhǎng)期以來(lái)，馬鈴薯的研究和生產(chǎn)以四倍體為主要對(duì)象，使馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨2個(gè)結(jié)構(gòu)性障礙。一是四倍體的遺傳非常復(fù)雜，導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長(zhǎng)，品種更新慢。二是馬鈴薯以薯塊進(jìn)行繁殖，存在繁殖系數(shù)低、貯運(yùn)成本高、易攜帶病蟲(chóng)害等缺陷。為了徹底打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展障礙，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，黃三文研究員聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”，即用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的“綠色革命”，用二倍體替代四倍體，并用雜交種子替代薯塊，對(duì)馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。該項(xiàng)目被中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院列為“重大產(chǎn)出科研選題”之一。

自然界中70%的馬鈴薯種質(zhì)為二倍體，其豐富的遺傳變異為“優(yōu)薯計(jì)劃”的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。但是二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和現(xiàn)象，限制了自交系的創(chuàng)制。要實(shí)現(xiàn)“優(yōu)薯計(jì)劃”，首先需要解決自交不親和的難題。為尋找一種更有效的克服自交不親和的方法，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用基因組編輯技術(shù)解決這一難題。研究人員通過(guò)對(duì)柱頭轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行從頭拼接，獲得了S-RNase基因的全長(zhǎng)序列，并利用基因組編輯技術(shù)對(duì)此基因進(jìn)行了定點(diǎn)突變，獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯，并通過(guò)自交獲得了不含有外源片段的馬鈴薯新材料。利用該方法獲得的自交親和馬鈴薯新種質(zhì)不含有任何野生基因組片段，可以直接應(yīng)用到育種過(guò)程中，為“優(yōu)薯計(jì)劃”的順利實(shí)施提供保障。