馬鈴薯自交衰退的遺傳基礎(chǔ)取得了重大理論突破

2019年1月14日，《Nature Genetics（自然·遺傳）》雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團隊在馬鈴薯自交衰退遺傳機制解析方面的研究成果，這是“優(yōu)薯計劃”實施以來取得的又一重大理論突破。

馬鈴薯主糧化主食化戰(zhàn)略是推動我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革、保障國家糧食安全的重要舉措。然而，現(xiàn)有馬鈴薯普通栽培種是同源四倍體，新品種選育周期長（一般10～15年），并主要通過薯塊繁殖，繁殖系數(shù)低、用種成本高、易攜帶病蟲害。自交不親和與自交衰退是培育二倍體馬鈴薯自交系的兩大障礙，制約了馬鈴薯育種和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

研究重點解析了馬鈴薯自交衰退的遺傳機制，通過對151份二倍體馬鈴薯進行重測序，鑒定了全基因組范圍內(nèi)共344 831個有害突變。這些有害突變在近著絲粒區(qū)域富集，很難通過遺傳重組將其全部清除。進一步分析表明，任意2份二倍體材料之間相同的有害突變僅為11%，說明馬鈴薯中的有害突變具有品系特異性，可以通過精心設(shè)計的雜交組合使這些有害突變保持在雜合狀態(tài)，獲得具有雜種優(yōu)勢的F1雜交種。

為了鑒定這些有害突變的遺傳效應(yīng)，團隊構(gòu)建了3個自交群體，并開發(fā)了1套不依賴于親本的基因分型方法。基于該方法，在3個群體中鑒定了15個極端偏分離的區(qū)域，結(jié)合表型分析，鑒定了5個純合致死位點以及4個影響長勢的位點。團隊繼續(xù)對其中的1個致死突變ar1進行了圖位克隆和功能驗證，發(fā)現(xiàn)其具有控制胚發(fā)育的功能。同時，團隊發(fā)現(xiàn)有害突變主要位于重組率比較高的區(qū)域，說明可以通過遺傳重組將其有效清除。

研究為二倍體馬鈴薯分子設(shè)計育種提供了理論基礎(chǔ)，將有望破除馬鈴薯育種的結(jié)構(gòu)性障礙，從根本上推進馬鈴薯主糧化進程，為保障我國糧食安全貢獻力量。