很多人不知道，在肯德基和麥當(dāng)勞吃的薯?xiàng)l都來自120年前育成的馬鈴薯品種。作為全球13億人口主糧，馬鈴薯育種進(jìn)程緩慢，亟需新的育種方法對(duì)馬鈴薯育種進(jìn)行變革。為此，中國(guó)農(nóng)科院的科學(xué)家們提出了“優(yōu)薯計(jì)劃”，目的就是為了讓中國(guó)乃至全世界的人吃上更高產(chǎn)、更優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯。
北京時(shí)間2023年5月4日23時(shí)，國(guó)際權(quán)威期刊《細(xì)胞（Cell）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)的最新研究成果：“Phylogenomic discovery of deleterious mutations facilitates hybrid potato breeding（利用進(jìn)化基因組學(xué)鑒定有害突變進(jìn)而指導(dǎo)雜交馬鈴薯育種）”。
該研究發(fā)明了一種新的“進(jìn)化透鏡”技術(shù)，給育種家一雙“火眼金睛”，能夠及早發(fā)現(xiàn)阻礙馬鈴薯育種的基因組“暗礁”（科學(xué)家稱之為“有害突變”），避免育種“走錯(cuò)路”，讓大家能夠更快吃上更優(yōu)質(zhì)的高產(chǎn)土豆。
“我們繪制了首個(gè)馬鈴薯全基因組有害突變的二維圖譜，利用圖譜信息，開發(fā)全基因組預(yù)測(cè)新模型，在幼苗期就可以預(yù)測(cè)產(chǎn)量，準(zhǔn)確度比以前提高了25%-45%。這樣就可以在早期淘汰產(chǎn)量低的材料，從而快速培育出高產(chǎn)品種，雜交馬鈴薯的育種效率將提升50%以上?！秉S三文在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）采訪時(shí)表示。
“優(yōu)薯計(jì)劃”
馬鈴薯是最重要的塊莖類糧食作物，是13億人口的主要糧食來源，也是我國(guó)第四大主糧作物。馬鈴薯具有產(chǎn)量高、用水少、可種植地域廣等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于傳統(tǒng)栽培馬鈴薯是同源四倍體，基因組復(fù)雜，導(dǎo)致育種進(jìn)程十分緩慢。此外，薯塊無性繁殖還面臨著繁殖系數(shù)低、儲(chǔ)運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等問題。
如何將塊莖繁殖的四倍體馬鈴薯變革為種子繁殖的二倍體雜交馬鈴薯，是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的世界性難題，也是種業(yè)創(chuàng)新“皇冠上的明珠”。
為解決上述難題，黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”，旨在用二倍體馬鈴薯替代四倍體、用種子繁殖替代薯塊繁殖、用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯育種，徹底變革馬鈴薯的育種繁殖方式。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院黨組書記楊振海介紹，近年來，“優(yōu)薯計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)相繼破解了馬鈴薯基因組解析、自交不親和、自交衰退等重大難題，培育出第一代自交系材料及雜交種，相關(guān)成果均已在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，如今又在《細(xì)胞》雜志發(fā)表了“利用進(jìn)化基因組學(xué)鑒定有害突變”的最新成果，可以為馬鈴薯育種親本選擇及品種改良提供新的科學(xué)依據(jù)。這些原創(chuàng)性基礎(chǔ)性科研成果既得到了國(guó)內(nèi)外同行的高度認(rèn)可，也為加快實(shí)現(xiàn)二倍體雜交馬鈴薯育種奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
馬鈴薯育種駛?cè)肟燔嚨?/strong>
此次研究中，黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀單位，收集大量茄科物種資源，通過對(duì)100個(gè)茄科基因組的比較分析來追蹤最長(zhǎng)8千萬年、累計(jì)12億年的進(jìn)化痕跡，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出“進(jìn)化透鏡”來發(fā)現(xiàn)馬鈴薯進(jìn)化約束及有害突變，繪制了首個(gè)馬鈴薯有害突變二維圖譜。
研究人員利用圖譜信息，提出反直覺的自交系培育方法，開發(fā)全基因組預(yù)測(cè)新模型，使馬鈴薯產(chǎn)量預(yù)測(cè)達(dá)到了前所未有的準(zhǔn)確度。此外，該模型能夠根據(jù)基因型及有害突變信息準(zhǔn)確估計(jì)育種值，更好地幫助育種專家制定早期育種決策，進(jìn)一步降低育種成本、縮短馬鈴薯育種周期、快速培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種。
該研究使得我國(guó)在馬鈴薯育種基礎(chǔ)理論和技術(shù)上站在了世界領(lǐng)先地位，并得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等資助。
那么，此次研究成果對(duì)其它作物育種有什么啟示？對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院院士李家洋（崖州灣實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員）表示，“黃三文團(tuán)隊(duì)這一研究成果不僅對(duì)馬鈴薯，還將會(huì)對(duì)糧、油、果、蔬、茶都有重要的指導(dǎo)作用?！?/p>
中國(guó)科學(xué)院院士種康（中科院植物所研究員）評(píng)價(jià)道：“黃三文團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究是馬鈴薯育種的里程碑式成果，預(yù)示著作物育種進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，即育種家們不能僅僅關(guān)注自己的‘一畝三分地’，更需要從一個(gè)更大的進(jìn)化維度思考育種的新策略?！?/p>
“研究終于找到了反直覺篩選的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，開發(fā)了全基因組預(yù)測(cè)新模型將其應(yīng)用到雜交馬鈴薯育種的早期決策，標(biāo)志著我國(guó)馬鈴薯育種絕對(duì)達(dá)到國(guó)際前沿。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授賴錦盛（國(guó)家玉米改良中心主任）談道。
