近日,由中国农科院深圳农业基因组所(下称“基因组所”)与云南师范大学(下称“云师大”)马铃薯科学研究院共同完成的“马铃薯自交衰退的遗传基础”在《自然·遗传》杂志在线发表。

马铃薯既是蔬菜也是排在水稻与小麦之后的世界第三大粮食作物,地位“超然”。但马铃薯种植一直存在瓶颈,主要依靠薯块,不易运输保存、易染病,种植成本高。近年来,全世界科学家在马铃薯“种子化”进程上全力“赛跑”,中国科学家相继解决了马铃薯自交不亲和与自交衰退两大关键问题,也就是如何培育出马铃薯的种子和如何保证用种子种出来的马铃薯更大更壮。

一场关于马铃薯颠覆性“绿色革命”

科学家在谈到马铃薯时都提到“四倍体”,简单地说,体细胞中含有4个染色体组的生物个体就是“四倍体”。由于四倍体基因高度杂合,使得优良基因很难聚合在一起,所以育种周期长。另外,薯块繁殖成本高,1公斤薯块只能收获10公斤的马铃薯,且易感染病虫害。

为了破解这些难题,在农业农村部、深圳市和云南省的支持下,基因组所联合云师大等国内外优势单位发起了“优薯计划”,以基因组学和合成生物学为指导,用二倍体替代同源四倍体,并用种子替代薯块繁殖。该项目被中国农科院列为“重大产出科研选题”之一。

“优薯计划“牵头人、基因组所所长黄三文表示,这是一场颠覆马铃薯育种和繁殖方式的“绿色革命”。他指出,过去种植一亩马铃薯需要200公斤薯块,现在只需2克种子,生产成本大大降低。而我国马铃薯种植面积近亿亩,由此产生的经济价值可想而知。

通过遗传重组清除有害突变

马铃薯种子是从果实里得出的,收集起一碟放在桌上,有点像一盘孜然。“现在二倍体马铃薯的种子非常小,相当于芝麻的十分之一,而且自交后表现出非常严重的自交衰退。”黄三文说,这就给科研团队提出了第二个问题,如何解决“自交衰退”问题。

“为进一步鉴定这些有害突变的遗传效应,我们构建了3个二倍体马铃薯自交分离群体,并开发了一套不依赖于亲本的基因分型方法。”基因组所张春芝博士表示,研究团队发现了马铃薯群体中的一个稀有突变。研究最终发现,这些大效应的有害突变主要位于重组率较高的区域,可以通过遗传重组将它们有效清除。

云师大马铃薯科学研究院副院长李灿辉表示,云南的气候环境与马铃薯原产地南美洲安第斯山脉非常相似,而且一年四季可种植马铃薯,因此预计首批马铃薯种子的示范推广地区也将在云南省选择。#果蔬小灵通#