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“种子”替代“薯块”培育马铃薯将不再是梦！深圳科学家最新科研成果实现了克的种子，完成过去公斤薯块才能达到的种植量。6月24日，《细胞（Cell）》杂志在线发表了题为“Genomedesignofhybridpotato（杂交马铃薯的基因组设计）”的论文，报道了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下称“基因组所”）黄三文团队用马铃薯二倍体替代四倍体育种，用杂交种子替代薯块繁殖，并发布了第一代高纯合度（99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。

农科院基因组所供图

马铃薯是世界上重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口将它作为主食。上百年来以四倍体薯块育种和繁殖的方式存在育种速度慢、种植成本高等问题。为彻底解决这些问题，基因组所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位，发起“优薯计划”，运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯。

农科院基因组所供图

如何实现二倍体替代四倍体育种？黄三文团队通过基因组编辑技术，敲除了控制马铃薯自交不亲和的S-RNase基因（Yeetal.,NaturePlants,），筛选到了S-RNase的天然突变体（Zhangetal.,NatureGenetics,），并克隆来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了“自交不亲”的问题。在攻克“自交衰退”这一难点时，黄三文团队发现，导致自交衰退的有害突变，镶嵌分布在马铃薯的两套基因组中，无法通过重组将它们彻底淘汰（Zhouetal.,NatureGenetics,）。但不同马铃薯中的有害突变具有个体差异性，可通过对遗传背景差异大的自交系，进行杂交来掩盖杂交种中有害突变的效应（Zhangetal.,NatureGenetics,）。由此，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四流程。逐个攻破自交系起始材料的选择、起始材料自交群体的遗传解析、自交系的选育以及杂交种的选育等问题后培育出第一代高纯合度（99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。

农科院基因组所供图

据试验显示，杂交马铃薯品系“优薯1号”，产量接近每亩3吨，淀粉和蛋白质含量相对较高，有丰富的干物质和类胡萝卜素，颜色深黄，口感软糯。全面推广后用杂交马铃薯种子进行饲用马铃薯种植，可替代一部分玉米和大豆，有效调节国家粮食供给需求，特别是填补了饲料用粮的缺口。

“自交不亲和”：指植物自花授粉后不会产生种子的现象。要培育自交系，首先需要解决自交不亲和的问题。在前期研究中，黄三文团队通过基因组编辑技术敲除了控制马铃薯自交不亲和的S-RNase基因（Yeetal.,NaturePlants,），筛选到了S-RNase的天然突变体（Zhangetal.,NatureGenetics,），并克隆了来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了自交不亲和的问题。

“自交衰退”：指生物在自交之后出现生理机能的衰退，表现为生活力下降、抗性减弱、产量降低等。马铃薯作为异交作物，在长期的无性繁殖过程中，累积了大量的隐性有害突变，一旦自交之后，有害突变的不良效应便会显现出来，导致自交衰退。与自交不亲和由少数几个基因控制不同，自交衰退涉及很多基因，也更难克服。荷兰科学家在年就公布了杂交马铃薯的进展，但是10年之后依然面临自交系纯度较低的问题，限制了大规模商业化推广，主要就是因为无法克服自交衰退的问题。

杂交马铃薯基因组设计育种流程四个环节：（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。

（原标题《

（作者：深圳特区报记者张连城程思玮)