1月23日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團隊構(gòu)建了首個完整解析馬鈴薯單倍型的泛基因組，首次系統(tǒng)揭示了無性繁殖植物的基因組特征，并在此基礎(chǔ)上提出了理想單倍型育種新策略，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然（Nature）》上。
馬鈴薯是世界第一大無性繁殖作物，基因組高度雜合，存在大量有害變異。如何“發(fā)現(xiàn)”馬鈴薯基因組中的有害變異，并“移除”其對育種的不利影響，對于加速馬鈴薯雜交育種具有重要意義。此前，黃三文團隊開發(fā)出“進化透鏡”來鑒定馬鈴薯進化約束及有害突變，并繪制了首個馬鈴薯有害突變二維圖譜，為“識別”有害變異并制定育種策略奠定了基礎(chǔ)。然而，由于缺少分型的圖泛基因組，“進化透鏡”識別到的大多是單核苷酸變異的有害突變，對大片段的有害結(jié)構(gòu)變異則很難檢測。
黃三文團隊選取了31個有代表性的二倍體馬鈴薯，組裝了首個馬鈴薯分型圖泛基因組，系統(tǒng)揭示了馬鈴薯的基因組特征，研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯單倍型基因組中存在約19625個有害結(jié)構(gòu)變異，且這些有害變異并非隨機分布，而是呈現(xiàn)出“簇狀”聚集特征，這些變異形成了“破窗效應(yīng)”，即當大片段的有害結(jié)構(gòu)變異無法清除時，其附近往往會聚集更多有害變異。研究團隊在此基礎(chǔ)上提出了馬鈴薯理想單倍型育種新策略，通過組合不同品系的基因組片段，可以最大限度減少自交系中的有害突變，為高效培育雜交馬鈴薯提供了全新思路。研究還發(fā)現(xiàn)，栽培馬鈴薯基因組中約15%的區(qū)域為雜合狀態(tài)，在馴化過程中，純合有害變異的數(shù)量減少，這表明栽培馬鈴薯通過廣泛雜交來促進雜種優(yōu)勢的利用，為雜交馬鈴薯育種提供了理論依據(jù)。
該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程以及深圳市杰出人才培養(yǎng)專項等項目的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08476-9
