2018年8月13日，《Nature Plants》雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)利用基因組編輯技術(shù)克服馬鈴薯自交不親和的研究成果，這是“優(yōu)薯計(jì)劃”實(shí)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(zhǎng)期以來，馬鈴薯的研究和生產(chǎn)以四倍體為主要對(duì)象，使馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨兩個(gè)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(zhǎng)，品種更新慢。二是馬鈴薯主要以薯塊進(jìn)行繁殖，存在繁殖系數(shù)低、貯運(yùn)成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。為了破除這兩個(gè)結(jié)構(gòu)性障礙，黃三文研究員聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”，用二倍體雜交種替代同源四倍體，并用實(shí)生種子替代薯塊繁殖，對(duì)馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)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(jì)劃”的實(shí)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(dǎo)入該基因后會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了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(zhǎng)。研究人員根據(jù)該基因的組織特異性表達(dá)和保守結(jié)構(gòu)，通過對(duì)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行de novo拼接的方法，獲得了S-RNase基因的全長(zhǎng)。然后，利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)對(duì)S-RNase基因進(jìn)行了定點(diǎn)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(yīng)用到育種過程中，為“優(yōu)薯計(jì)劃”的順利實(shí)施提供保障。英國James Hutton研究所的Mark Taylor博士為此撰寫了評(píng)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，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(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。

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

評(píng)論鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-018-0223-9。