Cell Press专访黄三文，马铃薯育种新里程碑！

2021年6月24日，Cell 杂志在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队题为Genome design of hybrid potato（杂交马铃薯的基因组设计）的研究论文，报道了该团队在杂交马铃薯育种领域的研究成果，这是“优薯计划”实施以来取得的里程碑式突破。

在此前研究的基础上，黄三文团队借助在基因组学研究方面的优势，利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种流程，主要包括四个环节：（1）第一步是用于培育自交系的起始材料的选择，选择的标准是起始材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；（2）第二步是起始材料自交群体的遗传解析，主要是根据全基因组偏分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布；（3）第三步是自交系的选育，根据前景和背景选择淘汰大效应的有害突变，并聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁；（4）最后一步是杂交种的选育，根据基因组测序的结果，选择基因组互补性比较高的自交系进行杂交，获得杂种优势显著的杂交种。

利用上述流程，该团队已经培育出了第一代高纯合度（>99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。小区试验显示“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势。同时，“优薯1号”具有高干物质含量和高类胡萝卜素含量的特点，蒸煮品质佳。“优薯1号”的成功选育证明了杂交马铃薯育种的可行性，使马铃薯的遗传改良进入了快速迭代的轨道。

以下内容转自Cell Press对黄三文研究员的专访：

Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者黄三文研究员代表研究团队进行了专访，请他为大家进一步详细解读。

CellPress：

马铃薯是世界范围内重要的粮食作物，而杂交马铃薯是农业发展的一大创新，但是培育出高度纯合的近交种系自交系却并非易事，那么其中的挑战都有哪些呢？

黄三文研究员：

马铃薯原本是异交作物，将其改造成自交作物之后，衰退非常严重，这是限制自交系纯度的最关键因素。因为马铃薯在长期的无性繁殖过程中，基因组中累积了大量的隐性有害突变，自交之后这些突变的不良效应就显现出来了，导致自交衰退。相对而言，自交系的纯度越高，植株的衰退就越严重，基于表型进行的选择很难培育出高纯合度自交系。所以，我们开发了基于基因组大数据决策的设计育种技术体系。

CellPress：

对马铃薯基因组的解读对于马铃薯杂交而言，具有怎样的意义？

黄三文研究员：

基因组的解读帮助我们更好地认识和改造马铃薯。基因组分析帮助我们识别有害突变，发现其分布规律，为淘汰或隐藏有害突变提供了基础。另外，利用基因组分析，我们可以开发一些新的育种技术，如本研究中所利用的背景选择，以加快育种速度。

CellPress：

本研究在基因设计中考虑了哪些指标，指标选取的标准是什么？

黄三文研究员：

本研究中基因组设计育种包括了四个环节：（1）第一步是用于培育自交系的起始材料的选择，选择的标准是起始材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；（2）第二步是起始材料的自交群体的遗传解析，主要是根据全基因组偏分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布；（3）第三步是自交系的选育，根据前景和背景选择淘汰有大效应的有害突变，并聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁；（4）最后一步是杂交种的选育，根据基因组测序的结果，选择基因组互补性比较高的自交系进行杂交，获得杂种优势显著的杂交种。

CellPress：

利用基因组设计开发的自交系具有怎样的特点和优势？

黄三文研究员：

通过基因组设计获得自交系纯合度非常高，在99%以上。自交系的纯合度越高，相互杂交之后产生的杂交种就越整齐一致，这对商业化种植非常重要。

CellPress：

本研究的研究成果对于马铃薯育种具有怎样的意义？同时又能为农业生产提供怎样的帮助？

黄三文研究员：

传统的马铃薯育种是将两个四倍体品系进行杂交，从后代中选择优良个体。每一次杂交都是四套基因组之间的重排，育种不可积累。现在利用杂交马铃薯育种体系，育种家可以利用现代育种技术在已有自交系的基础上进行定向改良，使马铃薯育种进入快速迭代的时代。这一工作孕育着马铃薯育种历史上的一次革命！基因组设计育种的理念可以扩繁到更多其他农作物的育种中，为农业生产提供更多高产、优质、多抗、适应性广的新品种，为全球粮食安全和人民健康做出贡献。

CellPress：

请问接下来您和您团队的工作重点在哪里？

黄三文研究员：

接下来我们团队将继续加强马铃薯基因组学和分子育种的工作，并解析马铃薯产量、品质和抗性的遗传基础，为二倍体马铃薯的遗传改良提供基础。此外，我们也会注重生产环节的一些技术开发，比如大规模杂交制种技术、种子育苗移栽技术等，为杂交马铃薯种子产业化做准备。除了食用马铃薯以外，我们也会研发专门用于饲料的饲用马铃薯新品种，将有可能替代一部分玉米和大豆。

专访转自Cell Press，只为分享交流，无任何商业用途。

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