深圳子科生物報(bào)道：馬鈴薯是世界上重要的塊莖類糧食作物。與其它谷物類糧食作物不同，馬鈴薯是依靠薯塊繁殖的同源四倍體物種。隱性有害等位基因隱藏在高度雜合的四倍體基因組中，使得優(yōu)良等位基因很難聚合在一起，這是導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長(zhǎng)的主要原因。

一些上百年歷史的馬鈴薯品種仍然在廣泛種植，如美國(guó)的 Russet Burbank（1902年育成）和荷蘭的 Bintje（1904年育成）。中國(guó)栽培面積大的品種“克新1號(hào)”是1958年育成的，至今已經(jīng)種植了近60年。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨的另外一個(gè)挑戰(zhàn)是薯塊繁殖，存在繁殖系數(shù)低、儲(chǔ)運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等問題。鑒于此，云南師范大學(xué)馬鈴薯科學(xué)研究院發(fā)起“優(yōu)薯計(jì)劃”，對(duì)馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行創(chuàng)新。

近期，這一研究院的研究人員發(fā)表了題為“The genetic basis of inbreeding depression in potato”的文章，公布了“優(yōu)薯計(jì)劃”的xin成果：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)行顛性創(chuàng)新。

這一研究成果公布在1月的Nature Genetics雜志上，文章的通訊作者為黃三文研究員，作者為張春芝、王培。

馬鈴薯，又稱土豆、洋芋、薯仔，是重要的糧食作物。破譯馬鈴薯基因組序列可幫助科學(xué)家們從分子水平上了解馬鈴薯的生長(zhǎng)、發(fā)育及繁殖過程，對(duì)改良和提高馬鈴薯的品種產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性具有重要的意義。

在這篇文章中，研究人員用二倍體自交系替代同源四倍體栽培品種進(jìn)行雜交育種，可將育種周期從10-15年縮短為3-5年，大幅度提高育種效率；用儲(chǔ)運(yùn)方便且不帶主要病蟲害的雜交種子替代塊莖繁殖，將把繁殖系數(shù)提高1000倍，為我國(guó)每年節(jié)省1000萬畝種薯繁育用地，并解決1000萬噸種薯儲(chǔ)運(yùn)難題。

為了鑒定這些有害突變的遺傳效應(yīng)，研究人員構(gòu)建了3個(gè)自交群體，并開發(fā)了一套不依賴于親本的基因分型方法。基于該方法，在三個(gè)群體中鑒定了15個(gè)偏分離的區(qū)域，暗示這些區(qū)域含有大效應(yīng)的有害突變。結(jié)合表型分析，該研究鑒定了5個(gè)純合致死位點(diǎn)以及4個(gè)影響長(zhǎng)勢(shì)的位點(diǎn)。研究人員對(duì)其中的一個(gè)致死突變ar1 進(jìn)行了圖位克隆和功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)它控制胚的發(fā)育。等位基因頻率分析發(fā)現(xiàn)，ar1在馬鈴薯群體中是一個(gè)稀有突變。

有意思的是，這些大效應(yīng)的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它們有效清除。

在之前的研究中，該團(tuán)隊(duì)成員通過基因組編輯的方法克服了自交不親和的障礙。這項(xiàng)研究中，研究人員重點(diǎn)解析了馬鈴薯自交衰退的遺傳機(jī)制，為二倍體馬鈴薯分子設(shè)計(jì)育種提供了理論基礎(chǔ)，也為解析其它無性繁殖作物的自交衰退提供了借鑒。

原文標(biāo)題：

The genetic basis of inbreeding depression in potato