“优薯计划”取得从0到1的突破———通过基因组设计培育第一代杂交马铃薯

　　北京时间6月24日，《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（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）黄三文团队题为“Genome design of hybrid potato（杂交马铃薯的基因组设计）”的研究成果。该研究是“优薯计划”实施以来取得的里程碑式突破。

 

　　为了解决马铃薯产业面临的育种周期长和薯块繁殖成本高的问题，黄三文研究团队联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。

 

　　在前期克服了自交不亲和和解析自交衰退的遗传机制的基础上，黄三文团队利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种流程，包括四个环节：（1）用于培育自交系的起始材料的选择，选择的标准是起始材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；（2）起始材料自交群体的遗传解析，主要是根据全基因组偏分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布；（3）自交系的选育，根据前景和背景选择淘汰大效应有害突变、聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁；（4）杂交种的选育，根据基因组测序的结果，选择基因组互补性较高的自交系进行杂交，获得杂种优势显著的杂交种。

 

　　利用该策略，该团队已经培育出第一代高纯合度（>99%）自交系和杂交品系“优薯1号”。小区试验显示“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势，同时还具有高干物质含量和高类萝卜素含量的特点，蒸煮品质佳。

 

　　“优薯1号”的成功选育证明了杂交马铃薯育种的可行性，使马铃薯遗传改良进入了快速迭代的轨道。

 

　　黄三文为该论文的通讯作者，张春芝为第一作者，此外中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）和云南师范大学多位科研人员也为该研究做出了重要贡献。该研究得到了农业农村部、深圳市、中国农科院科技创新工程的资助。

 

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.06.006