深圳科学家获得迄今最完整的杂合二倍体马铃 [复制链接]

读创/深圳商报记者张妍通讯员赵华

由农业农村部支持，中国农科院深圳农业基因组研究所（下称“基因组所”）与云南师范大学共同承担的“优薯计划”再添新成果，科学家获得了迄今最完整的杂合二倍体马铃薯基因组图谱，向最终实现用种子繁育马铃薯又迈出了坚实的一步。9月28日，国际权威学术期刊《自然·遗传学（NatureGenetics）》在线发表了“优薯计划”的最新研究成果——《解析杂合二倍体马铃薯基因组》。

基因组所博士毕业生、深圳鹏城实验室研究人员生周倩和该所博士生唐蝶为该论文共同第一作者，该所所长黄三文为通讯作者，此项研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程、深圳市科技创新项目等资助。

为了实现马铃薯从种“薯块”到播“种子”的颠覆性转变，“优薯计划”应运而生。

四倍体马铃薯遗传非常复杂，导致马铃薯育种周期长，目前还有许多多年前培育出的品种仍在广泛种植。利用二倍体马铃薯取代四倍体，并用杂交种子替代薯块是“优薯计划”的最终目标。

要获得二倍体的马铃薯种子首先要实现“自交”，但二倍体马铃薯普遍存在自交不亲和现象，自己花粉授到自己的柱头上，无法产生种子；或者自交后出现衰退，导致后代出生长势弱、繁育能力降低等问题。

在蔬菜基因组学研究上颇有建树的黄三文指出，要突破这个难题，就要从基因组学入手，找到二倍体马铃薯中导致自交不亲和与自交衰退的基因，第一步就是要绘制出二倍体马铃薯的基因组图谱。

▲杂合二倍体马铃薯RH

周倩告诉记者，此次选用的杂合二倍体马铃薯品种RH，是一种在实验室常用的育种材料。其实早在年，来自14个国家29个单位的97名研究人员就与周倩他们“英雄所见略同”。

当时97名研究人员组成的国际马铃薯基因组测序联盟就把目标瞄准了RH。但是RH的基因组高度杂合，“它的‘父亲’和‘母亲’基因差异特别大，而且又互相交织、互相影响。”周倩说，加上当时的测序成本很高，测序联盟只好另辟蹊径，放弃了杂合双倍体RH，转向“进攻”单倍体马铃薯品种DM，最终完成了单本体马铃薯基因组图谱。

为什么时隔十多年后“重拾”RH？科研人员表示，RH对于突破二倍体马铃薯自交的难题，是最理想的中间材料之一。

▲杂合基因组内两条同源染色体比较分析

比起宏大的人类基因组学研究计划，要研究这个小小的二倍体马铃薯基因组图谱，更难的在于细节。周倩和唐蝶两位都是女性科研人员，她们发挥了特有的细致与耐心，“这项研究从年我在基因组所读博期间就开始。”周倩说，3年来，她与师妹唐蝶经历过无数次失败，一点点抽丝剥茧地分析RH哪些基因来自“父亲”，哪些来自“母亲”，同时也得益于基因组学技术的飞速发展，在研究中利用了最新的测序技术和组装算法，最终得出了这个迄今最完整的杂合二倍体马铃薯基因组图谱。

▲定位两个连锁的有害基因

科研人员重点分析了RH的1号染色体上两个连锁的基因，幼苗白化基因和株型基因，通过基因组序列分析，找到了控制幼苗是否白化和株形是否理想的“开关”，为快速打破有害等位基因连锁、构建优良自交系提供了基因组学支持。