新技术克服土豆育种自交不亲和难题

(记者陈丽)马铃薯是世界上最重要的块茎粮食作物，但由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗传改良进程相对缓慢。最近，《自然-植物》在线发表的一项研究预计将加速这一过程。该论文作者、中国农业科学院农业基因组研究所研究员黄三文告诉《中国科学》杂志，他们已经利用基因组编辑技术解决了马铃薯自交不亲和问题。

与此同时，该杂志还发布了英国詹姆斯·赫顿研究所研究员马克·泰勒的评论，该研究所是世界上权威的马铃薯研究机构。他相信这项研究为二倍体马铃薯育种开辟了一条新的途径，扩大了自交亲和马铃薯的资源，并将加速马铃薯的遗传改良。

黄三文告诉记者，由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯育种周期长，品种更新慢。种薯育种存在繁殖系数低、储运成本高、病虫害易携带等缺点。

二倍体马铃薯杂交育种体系的建立可以克服上述结构性障碍，充分开发利用极其丰富的二倍体马铃薯遗传资源。这一直是马铃薯研究者的梦想，并被誉为马铃薯研究的“皇冠上的明珠”和工业发展的“绿色革命”。

然而，尽管自然界中70%的马铃薯是二倍体，但自交不亲和现象普遍存在，这成为替代种薯首先要解决的难题。

该论文和基因组研究所的合著者张春志告诉记者，克服自交不亲和性的传统方法是使用野生马铃薯自交不亲和性抑制基因Sli，但这将导致一系列不健康的情况，如匍匐茎变长和茄碱含量升高。

该团队使用基因组编辑技术来解决自交不亲和的问题。马铃薯的自交不亲和性受核糖核酸酶基因控制。研究人员通过从头至尾剪接柱头转录组获得了S-RNase基因的全长序列，并利用基因组编辑技术对该基因进行定点突变，从而获得自交亲和二倍体马铃薯。然后通过自交获得无外源片段的马铃薯新材料，可直接应用于育种过程。

泰勒指出，尽管目前二倍体马铃薯的产量低于四倍体，但没有证据表明二倍体肯定比四倍体差，而利用基因组编辑技术解决自交不亲和问题间接证明了二倍体水平的遗传改良将更快、更有效。

这也是“甘薯计划”实施以来发表的第一篇重要论文。2017年，在农业和农村部的支持下，黄三文与国内外优势单位共同启动了“甘薯计划”，用二倍体代替四倍体，用杂交种子代替马铃薯块，对马铃薯育种和繁殖方法进行颠覆性创新。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0218-6

中国科学新闻(2018-08-16，第一版集锦)