深圳科学家绘制首个有害突变基因二维图谱 马铃薯杂交育种有望提效一半

　　5月4日，国际顶级学术期刊《细胞（Cell）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（下称“基因组所”）黄三文团队的最新研究成果。该成果通过追踪最长8000万年、累计12亿年的马铃薯基因组进化痕迹，绘制了首个马铃薯有害突变的基因二维图谱，进一步降低育种成本，有望将马铃薯杂交育种效率提高50%左右，是我国杂交马铃薯育种技术取得又一重大突破。

　　马铃薯是最重要的块茎类粮食作物。但在长期的无性繁殖过程中，马铃薯累积了大量的隐性有害突变，一旦自交之后，这些“看不见”的有害突变的各种不良效应便会显现出来，导致自交衰退，主要表现为生活力下降、不育、抗性减弱、产量降低等，严重妨碍高产优质的马铃薯品种的培育。另外，种植一亩马铃薯需要近200公斤的薯块，薯块繁殖具有储运成本高、易携带病虫害等缺陷。

　　近年来，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究团队联合多家单位发起了“优薯计划”，用基因组学和学指导马铃薯产业的“绿色革命”，用二倍体代替四倍体，用杂交种子替代薯块，将马铃薯的育种周期由原来的10到12年缩短至3到5年。

　　据介绍，培育马铃薯优质品种第一步也是关键一步，是连续自交获得纯合品系（自交系），以此构建杂交种，才能保障后代植株整体长势整齐，收获的商品性质一致，这是培育优质杂交品种的先决条件。为了培育高产优质马铃薯品种，科学家需要找到优良的自交系起始材料用于培育优良的二倍体马铃薯杂交种，而如何鉴定并选择自交系亲本，以及进一步培育高产优质品种就成了摆在研究人员面前的一道难题。

　　为进一步实现品种快速改良，高效剔除马铃薯基因组中的有害突变，研究团队收集了大量茄科物种资源，完成了茄科基因组组装和组学进化分析。这些材料最长进化时间为8000万年，共累积12亿年的进化时间。

　　研究人员通过追踪这段进化历史的突变积累及选择结果，绘制了首个马铃薯有害突变的基因二维图谱，为鉴定马铃薯功能位点及剔除有害突变提供了新依据。

　　研究人员发现，按照传统育种经验，一般会优先选择“看起来”长势良好的亲本材料作为自交系构建起始材料，但在马铃薯自交系构建中，自交产生的后代中有害突变会更多，就更不易培育出优质的马铃薯自交系。 “这就是为什么光看‘外表’，也就是按照表型选择，会导致自交系构建失败的原因。”研究人员指出，此项研究提供了要依靠有害突变遗传总值来指导亲本选择的新依据，可以提早预判自交系构建成败，从而在短时间内创造更多自交系及杂交品种。

　　有没有一种办法可以准确提前预测后代的马铃薯性状？黄三文团队提出了一种全基因组预测新模型，通过将有害突变信息纳入模型中，可大幅提高产量、株高、薯块等性状的预测准确度。

　　经测试，该模型相比没有害突变信息的模型的预测准确度显著提高了45%，相比随机有害突变信息模型的预测准确度提高了25%，在马铃薯育种中达到了前所未有的准确度。该新模型不仅能够更好地帮助育种家制定早期育种决策，还能应用于其他作物育种预测中。

　　此项研究得到了科技部、国家自然科学委员会、中国农业科学院、广东省、深圳市及大鹏新区的资助。基因组所研究员黄三文为通讯作者，基因组所博士后吴瑶瑶、博士后李大伟、硕士研究生胡勇为该论文的共同第一作者，同时得到了来自英国、美国、瑞士、德国等多个国家地区的科研专家指导。