云南師范大學NatureGenetics發文：自交衰退的遺傳基礎

　　研究人員發表了題為“The genetic basis of inbreeding depression in potato”的文章，公布了“優薯計劃”的最新成果：用二倍體替代四倍體，并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。

　　馬鈴薯是世界上最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，使得優良等位基因很難聚合在一起，這是導致馬鈴薯育種周期長的主要原因。

　　一些上百年歷史的馬鈴薯品種仍然在廣泛種植，如美國的 Russet Burbank（1902年育成）和荷蘭的 Bintje（1904年育成）。中國栽培面積最大的品種“克新1號”是1958年育成的，至今已經種植了近60年。馬鈴薯產業面臨的另外一個挑戰是薯塊繁殖，存在繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等問題。鑒于此，云南師范大學馬鈴薯科學研究院發起“優薯計劃”，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行創新。

　　近期，這一研究院的研究人員發表了題為“The genetic basis of inbreeding depression in potato”的文章，公布了“優薯計劃”的最新成果：用二倍體替代四倍體，并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。

　　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，第一作者為張春芝、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家們從分子水平上了解馬鈴薯的生長、發育及繁殖過程，對改良和提高馬鈴薯的品種產量、品質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；用儲運方便且不帶主要病蟲害的雜交種子替代塊莖繁殖，將把繁殖系數提高1000倍，為我國每年節省1000萬畝種薯繁育用地，并解決1000萬噸種薯儲運難題。

　　為了鑒定這些有害突變的遺傳效應，研究人員構建了3個自交群體，并開發了一套不依賴于親本的基因分型方法。基于該方法，在三個群體中鑒定了15個極端偏分離的區域，暗示這些區域含有大效應的有害突變。結合表型分析，該研究鑒定了5個純合致死位點以及4個影響長勢的位點。研究人員對其中的一個致死突變ar1 進行了圖位克隆和功能驗證，發現它控制胚的發育。等位基因頻率分析發現，ar1在馬鈴薯群體中是一個稀有突變。

　　有意思的是，這些大效應的有害突變主要位于重組率比較高的區域，說明可以通過遺傳重組將它們有效清除。

　　在之前的研究中，該團隊成員通過基因組編輯的方法克服了自交不親和的障礙。這項研究中，研究人員重點解析了馬鈴薯自交衰退的遺傳機制，為二倍體馬鈴薯分子設計育種提供了理論基礎，也為解析其它無性繁殖作物的自交衰退提供了借鑒。