2019-01-25 08:48:04
日前，云南師范大學(xué)馬鈴薯科學(xué)研究院博士后張春芝、博士研究生王培作為第一作者，以《馬鈴薯自交衰退的遺傳基礎(chǔ)》為題在國際頂級植物期刊《自然－遺傳學(xué)（Nature Genetics）》發(fā)表了創(chuàng)新性研究論文。其研究成果意味著我國“優(yōu)薯計劃”取得重大理論突破，為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)“綠色革命”揭開序幕。
馬鈴薯是世界上重要的塊莖類糧食作物。與其他谷物類糧食作物不同，馬鈴薯是依靠薯塊繁殖的同源四倍體物種。隱性有害等位基因隱藏在高度雜合的四倍體基因組中，使得優(yōu)良等位基因很難聚合在一起，這是導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長的主要原因。一些上百年歷史的馬鈴薯品種仍然在廣泛種植。中國栽培面積最大的品種“克新1號”是1958年育成的，至今仍廣泛種植。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨的另外一個挑戰(zhàn)是薯塊繁殖，存在繁殖系數(shù)低、儲運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等問題。為了徹底打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的障礙，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和深圳市的支持下，云南師范大學(xué)特聘教授、馬鈴薯科學(xué)研究院院長、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所所長黃三文研究員在聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”，即用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的“綠色革命”。
自然界中70%的馬鈴薯種質(zhì)資源為二倍體，其豐富的遺傳變異為“優(yōu)薯計劃”的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。但是，自交不親和與自交衰退限制了自交系的培育。在之前的研究中，該團(tuán)隊(duì)成員通過基因組編輯的方法克服了自交不親和的障礙。在本研究中，研究人員重點(diǎn)解析了馬鈴薯自交衰退的遺傳機(jī)制。有害突變是導(dǎo)致自交衰退的主要原因，說明馬鈴薯中的有害突變具有品系特異性，可以通過精心設(shè)計的雜交組合使這些有害突變保持在雜合狀態(tài)，獲得具有雜種優(yōu)勢的F1雜交種。為了鑒定這些有害突變的遺傳效應(yīng)，研究人員構(gòu)建了3個自交群體，并開發(fā)了一套不依賴于親本的基因分型方法。通過等位基因頻率分析發(fā)現(xiàn)，致死突變ar1在馬鈴薯群體中是一個稀有突變。有意思的是，這些大效應(yīng)的有害突變主要位于重組率比較高的區(qū)域，說明是可以通過遺傳重組將它們有效清除的。
云南師范大學(xué)馬鈴薯科學(xué)研究院副院長李燦輝表示：“用二倍體替代四倍體，并用雜交種子替代薯塊，是對馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新，現(xiàn)又找到馬鈴薯自交衰退的原因和解決辦法，為二倍體馬鈴薯育種提供了理論基礎(chǔ)，也為解析其他無性繁殖作物的自交衰退提供了借鑒。此項(xiàng)成果推廣應(yīng)用后，將為我國節(jié)約1000多萬畝耕地。”
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