基因組編輯技術解決馬鈴薯自交不親和難題

2018年8月13日，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究團隊利用基因組編輯技術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2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。為了徹底打破產(chǎn)業(yè)發(fā)展障礙，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，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”，即用基因組學和合成生物學指導馬鈴薯產(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行顛覆性創(chuàng)新。該項目被中國農(nóng)業(yè)科學院列為“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。但是二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和現(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。為尋找一種更有效的克服自交不親和的方法，研究團隊創(chuàng)新性地利用基因組編輯技術解決這一難題。研究人員通過對柱頭轉(zhuǎn)錄組進行從頭拼接，獲得了S-RNase基因的全長序列，并利用基因組編輯技術對此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，可以直接應用到育種過程中，為“優(yōu)薯計劃”的順利實施提供保障。