2018年8月13日，《Nature Plants》雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團隊利用基因組編輯技術克服馬鈴薯自交不親和的研究成果，這是“優(yōu)薯計劃”實施以來發(fā)表的首篇重要研究論文。

馬鈴薯世界上最重要的塊莖類糧食作物。長期以來，馬鈴薯的研究和生產(chǎn)以四倍體為主要對象，使馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨兩個結構性障礙。一是四倍體的遺傳非常復雜，導致馬鈴薯育種周期長，品種更新慢。二是馬鈴薯主要以薯塊進行繁殖，存在繁殖系數(shù)低、貯運成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。為了破除這兩個結構性障礙，黃三文研究員聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”，用二倍體雜交種替代同源四倍體，并用實生種子替代薯塊繁殖，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行顛覆性創(chuàng)新。

自然界中70%的馬鈴薯種質(zhì)為二倍體，其豐富的遺傳變異為“優(yōu)薯計劃”的實施提供了前提條件。但是二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和的現(xiàn)象，限制了自交系的創(chuàng)制。傳統(tǒng)克服自交不親和的方式是利用來自野生馬鈴薯Solanum chacoence中的Sli基因，但是導入該基因后會產(chǎn)生長匍匐莖、高龍葵素含量等一系列不利性狀，增加了遺傳改良的難度。為了尋找一種更有效的克服自交不親和的方法，黃三文團隊創(chuàng)新性地提出了利用基因組編輯技術解決這一難題。馬鈴薯的自交不親和是由S-RNase基因控制的，該基因在不同材料中的多態(tài)性非常高，很難通過同源克隆的方法克隆到S-RNase基因的全長。研究人員根據(jù)該基因的組織特異性表達和保守結構，通過對轉(zhuǎn)錄組進行de novo拼接的方法，獲得了S-RNase基因的全長。然后，利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術對S-RNase基因進行了定點突變，獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯，并通過自交獲得了不含有Cas9元件但是自交親和的馬鈴薯新材料。

利用該方法獲得的自交親和馬鈴薯新種質(zhì)不含有任何野生基因組片段，可以直接應用到育種過程中，為“優(yōu)薯計劃”的順利實施提供保障。英國James Hutton研究所的Mark Taylor博士為此撰寫了評論，認為該研究開辟了二倍體馬鈴薯育種的新途徑，拓展了自交親和馬鈴薯資源，將加速馬鈴薯的遺傳改良。另外，Mark Taylor博士也指出，雖然目前二倍體馬鈴薯的產(chǎn)量低于四倍體，但是沒有證據(jù)表明二倍體一定比四倍體差，而且利用基因組編輯技術解決自交不親和的問題也間接證明了在二倍體水平上進行的遺傳改良將更加快速和高效。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-018-0218-6。

評論鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-018-0223-9。