新技術克服土豆育種自交不親和難題

　　馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物，但受制于四倍體遺傳的復雜性，馬鈴薯的遺傳改良進程較慢。近日，《自然—植物》在線發表的一項研究有望加速這一進程。論文通訊作者、中國農業科學院農業基因組研究所研究員黃三文告訴《中國科學報》記者，他們利用基因組編輯技術攻克了馬鈴薯自交不親和難題。

　　同期雜志配發了全球權威馬鈴薯研究機構——英國詹姆斯·赫頓研究所研究員Mark Taylor的評論文章，認為該研究開辟了二倍體馬鈴薯育種的新途徑，拓展了自交親和馬鈴薯資源，將加速馬鈴薯的遺傳改良。

　　黃三文告訴記者，由于四倍體的遺傳非常復雜，導致馬鈴薯育種周期長，品種更新慢。以種薯進行繁殖，存在繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。

　　創建二倍體馬鈴薯雜交育種體系可以克服上述結構性障礙，并充分開發和利用極其豐富的二倍體馬鈴薯遺傳資源。這是馬鈴薯研究人員一直以來的夢想，被譽為馬鈴薯科研“皇冠上的明珠”和產業發展的“綠色革命”。

　　然而，盡管自然界中70%的馬鈴薯都是二倍體，但普遍存在自交不親和現象，成為實現用種子代替種薯必須攻克的首個難題。

　　論文共同通訊作者、基因組所張春芝告訴記者，克服自交不親和的傳統方式是利用來自野生馬鈴薯中的自交不親和抑制基因Sli，但這會帶來匍匐莖變長、龍葵素含量上升等一系列不良性狀。

　　該團隊利用基因組編輯技術解決了自交不親和的難題。馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因（S-RNase）控制的。研究人員通過對柱頭轉錄組進行從頭拼接，獲得了S-RNase基因的全長序列，并利用基因組編輯技術對此基因進行了定點突變，獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯。然后，通過自交獲得了不含有外源片段的馬鈴薯新材料，可以直接應用到育種過程中。

　　Taylor指出，雖然目前二倍體馬鈴薯的產量低于四倍體，但是沒有證據表明二倍體一定比四倍體差，而且利用基因組編輯技術解決自交不親和的問題也間接證明了在二倍體水平上進行的遺傳改良將更加快速和高效。

　　這也是“優薯計劃”實施以來發表的首篇重要論文。2017年，在農業農村部的支持下，黃三文聯合國內外優勢單位發起了“優薯計劃”，即用二倍體替代四倍體，用雜交種子替代薯塊，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行顛覆性創新。