1月23日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了首個(gè)完整解析馬鈴薯單倍型的泛基因組，首次系統(tǒng)揭示了無(wú)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(wú)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(duì)育種的不利影響，對(duì)于加速馬鈴薯雜交育種具有重要意義。此前，黃三文團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出“進(jìn)化透鏡”來(lái)鑒定馬鈴薯進(jìn)化約束及有害突變，并繪制了首個(gè)馬鈴薯有害突變二維圖譜，為“識(shí)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(jìn)化透鏡”識(shí)別到的大多是單核苷酸變異的有害突變，對(duì)大片段的有害結(jié)構(gòu)變異則很難檢測(cè)。
黃三文團(tuán)隊(duì)選取了31個(gè)有代表性的二倍體馬鈴薯，組裝了首個(gè)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(gè)有害結(jié)構(gòu)變異，且這些有害變異并非隨機(jī)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(dāng)大片段的有害結(jié)構(gòu)變異無(wú)法清除時(shí)，其附近往往會(huì)聚集更多有害變異。研究團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上提出了馬鈴薯理想單倍型育種新策略，通過(guò)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?yàn)殡s合狀態(tài)，在馴化過(guò)程中，純合有害變異的數(shù)量減少，這表明栽培馬鈴薯通過(guò)廣泛雜交來(lái)促進(jìn)雜種優(yōu)勢(shì)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(guó)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(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)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(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08476-9
