8月13日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究團(tuán)隊利用基因組編輯技術(shù)克服了馬鈴薯自交不親和難題，成果在線發(fā)表于《自然?植物（Nature Plants）》雜志上，這是“優(yōu)薯計劃”實施以來發(fā)表的首篇重要研究論文。
馬鈴薯是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(jié)構(gòu)性障礙。一是四倍體的遺傳非常復(fù)雜，導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長，品種更新慢。二是馬鈴薯以薯塊進(jìn)行繁殖，存在繁殖系數(shù)低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。為了徹底打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的障礙，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，基因組所黃三文研究員聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”，即用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的“綠色革命”，用二倍體替代四倍體，并用雜交種子替代薯塊，對馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。該項目被中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院列為“重大產(chǎn)出科研選題”之一。
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”的實施提供了基礎(chǔ)。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。要實現(xiàn)“優(yōu)薯計劃”，首先需要解決自交不親和的難題?？朔越徊挥H和的傳統(tǒng)方式是利用來自野生馬鈴薯中的自交不親和抑制基因（S-locus inhibitor, 簡稱Sli），但是Sli基因被導(dǎo)入栽培種后會產(chǎn)生長匍匐莖、高龍葵素含量等一系列不良的農(nóng)藝性狀，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，該團(tuán)隊創(chuàng)新性地利用基因組編輯技術(shù)解決這一難題。馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因（S-RNase）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。研究人員通過對柱頭轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行從頭拼接，獲得了S-RNase基因的全長序列，并利用基因組編輯技術(shù)對此基因進(jìn)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外源片段的馬鈴薯新材料。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(yīng)用到育種過程中，為“優(yōu)薯計劃”的順利實施提供保障。
英國詹姆斯?赫頓研究所 (The James Hutton Institute) 的馬克?泰勒 (Mark Taylor) 博士為此撰寫了評論，認(rèn)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，泰勒博士也指出，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(shù)解決自交不親和的問題也間接證明了在二倍體水平上進(jìn)行的遺傳改良將更加快速和高效。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-018-0218-6
