馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物，但受制于四倍體遺傳的復(fù)雜性，馬鈴薯的遺傳改良進(jìn)程較慢。近日，《自然—植物》在線發(fā)表的一項研究有望加速這一進(jìn)程。論文通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員黃三文告訴我們，他們利用基因組編輯技術(shù)攻克了馬鈴薯自交不親和難題。

　　同期雜志配發(fā)了全球權(quán)威馬鈴薯研究機(jī)構(gòu)——英國詹姆斯·赫頓研究所研究員Mark Taylor的評論文章，認(rèn)為該研究開辟了二倍體馬鈴薯育種的新途徑，拓展了自交親和馬鈴薯資源，將加速馬鈴薯的遺傳改良。

　　黃三文告訴記者，由于四倍體的遺傳非常復(fù)雜，導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長，品種更新慢。以種薯進(jìn)行繁殖，存在繁殖系數(shù)低、儲運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。

　　創(chuàng)建二倍體馬鈴薯雜交育種體系可以克服上述結(jié)構(gòu)性障礙，并充分開發(fā)和利用極其豐富的二倍體馬鈴薯遺傳資源。這是馬鈴薯研究人員一直以來的夢想，被譽(yù)為馬鈴薯科研“皇冠上的明珠”和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“綠色革命”。

　　然而，盡管自然界中70%的馬鈴薯都是二倍體，但普遍存在自交不親和現(xiàn)象，成為實(shí)現(xiàn)用種子代替種薯必須攻克的首個難題。

　　論文共同通訊作者、基因組所張春芝告訴記者，克服自交不親和的傳統(tǒng)方式是利用來自野生馬鈴薯中的自交不親和抑制基因Sli，但這會帶來匍匐莖變長、龍葵素含量上升等一系列不良性狀。

　　該團(tuán)隊利用基因組編輯技術(shù)解決了自交不親和的難題。馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因（S-RNase）控制的。研究人員通過對柱頭轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行從頭拼接，獲得了S-RNase基因的全長序列，并利用基因組編輯技術(shù)對此基因進(jìn)行了定點(diǎn)突變，獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯。然后，通過自交獲得了不含有外源片段的馬鈴薯新材料，可以直接應(yīng)用到育種過程中。

　　Taylor指出，雖然目前二倍體馬鈴薯的產(chǎn)量低于四倍體，但是沒有證據(jù)表明二倍體一定比四倍體差，而且利用基因組編輯技術(shù)解決自交不親和的問題也間接證明了在二倍體水平上進(jìn)行的遺傳改良將更加快速和高效。

　　這也是“優(yōu)薯計劃”實(shí)施以來發(fā)表的首篇重要論文。2017年，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，黃三文聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”，即用二倍體替代四倍體，用雜交種子替代薯塊，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。