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【科技前沿】
成功繪制有害突變基因二維圖譜
馬鈴薯雜交育種獲重要突破
光明日報(bào)北京5月4日電(記者楊舒?通訊員蔡雨琪)馬鈴薯是人們餐桌上的??停珜τN家來說,培育優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種是個(gè)難題。北京時(shí)間2023年5月4日,國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》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(tuán)隊(duì)的最新成果,通過追蹤最長8000萬年、累計(jì)12億年的馬鈴薯基因組進(jìn)化痕跡,繪制了首個(gè)馬鈴薯有害突變的基因二維圖譜。這一圖譜將有效幫助育種家預(yù)測馬鈴薯育種中可能出現(xiàn)的基因“踩坑”處,由此大大加速雜交馬鈴薯的育種進(jìn)程。該成果標(biāo)志著我國在馬鈴薯育種基礎(chǔ)理論和技術(shù)上進(jìn)入世界領(lǐng)先地位。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員黃三文介紹,馬鈴薯屬茄科,是全球重要的糧食作物,也是我國第四大主糧作物,具有產(chǎn)量高、用水少、可種植地域廣等優(yōu)點(diǎn)。然而,從基因組角度看,傳統(tǒng)栽培馬鈴薯屬于同源四倍體,基因組較一般作物復(fù)雜,育種改良非常困難,甚至一些全球普遍種植的加工馬鈴薯品種仍是120多年前育成的。此外,傳統(tǒng)馬鈴薯利用薯塊種植,也面臨著繁殖系數(shù)低、儲運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等問題。
為解決上述難題,近年來,黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”,旨在將四倍體馬鈴薯改造為二倍體、用種子繁殖替代薯塊繁殖、用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯育種,徹底變革馬鈴薯的育種繁殖方式,將馬鈴薯的育種周期由原來的10~12年縮短至3~5年。
研究發(fā)現(xiàn),絕大部分的二倍體馬鈴薯自花授粉后不能產(chǎn)生成熟的種子,同時(shí),傳統(tǒng)育種過程中積累的有害基因突變,會造成馬鈴薯繁殖力和產(chǎn)量下降,即自交衰退,這成為妨礙馬鈴薯育種進(jìn)程的兩大障礙。針對以上問題,黃三文團(tuán)隊(duì)先后解析了單倍體、二倍體及四倍體馬鈴薯的基因組和泛基因組,初步解析了自交衰退的遺傳基礎(chǔ),并培育出第一代自交系材料及雜交種。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)品種快速改良,高效剔除馬鈴薯基因組中的有害突變,研究團(tuán)隊(duì)收集了大量茄科物種資源,完成了茄科基因組組裝和組學(xué)進(jìn)化分析。這些材料最長進(jìn)化時(shí)間為8000萬年,共累積12億年的進(jìn)化時(shí)間。研究人員通過追蹤這段進(jìn)化歷史的突變積累及選擇結(jié)果,繪制了首個(gè)馬鈴薯有害突變的基因二維圖譜,為鑒定馬鈴薯功能位點(diǎn)及剔除有害突變提供了新依據(jù)。
黃三文表示,這一發(fā)現(xiàn)使馬鈴薯育種駛?cè)肓丝燔嚨?,可以更好地幫助育種家制定早期育種決策,進(jìn)一步降低育種成本,有望將馬鈴薯雜交育種效率提高50%左右。中國科學(xué)院院士李家洋評價(jià),該研究成果不僅對馬鈴薯,還將對糧、油、果、蔬、茶起到重要的指導(dǎo)作用。
《光明日報(bào)》( 2023年05月05日?08版)
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