5月4日，國際權威期刊《細胞（Cell）》在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所黃三文團隊的最新研究成果，該研究發明了一種新的“進化透鏡”技術，能夠幫助育種家及早發現阻礙馬鈴薯育種的基因組“暗礁”（即 “有害突變”），避免育種“走錯路”，快速培育出高產優質馬鈴薯品種。該成果是“優薯計劃”的又一重大突破，標志著我國在馬鈴薯育種理論和技術上站在了世界領先地位。
馬鈴薯是最重要的塊莖類糧食作物，具有產量高、用水少、可種植地域廣等優點。然而，傳統栽培馬鈴薯育種困難，進程緩慢，面臨繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等問題。為了解決上述問題，黃三文團隊聯合國內外優勢單位發起了“優薯計劃”，旨在用二倍體馬鈴薯替代四倍體、用種子繁殖替代薯塊繁殖、用基因組學和合成生物學指導馬鈴薯育種，徹底變革馬鈴薯的育種繁殖方式。
優薯計劃最關鍵的步驟是構建馬鈴薯高度純合的自交系。此前，黃三文團隊初步解析了自交衰退的遺傳基礎，通過清除大效應有害突變，培育出第一代自交系材料及雜交種，然而已培育的自交系仍有大量微效、中效有害突變，需要進一步剔除。為實現品種快速改良必須高效剔除有害突變，因此亟需一種準確鑒定并定量全基因組的有害突變的新技術。
黃三文團隊聯合國內外優秀單位，收集大量茄科物種資源，通過對100個茄科基因組的比較分析來追蹤最長8千萬年、累計十二億年的進化痕跡，在此基礎上開發出“進化透鏡”來發現馬鈴薯進化約束及有害突變，結合馬鈴薯群體的信息，繪制了首個包含基因型維度及有害程度維度的馬鈴薯有害突變二維圖譜。利用二維圖譜，研究人員提出反直覺的自交系培育方法，與傳統育種基于表型選擇的方法不同，研究人員發現，長勢好的材料中往往具有更高有害突變遺傳總值，選其作為起始材料會增加高度純合自交系構建難度。該反直覺選擇可以有效選取自交系的起始材料，大幅提高自交系構建成功率，在更短時間內培育更多自交系及雜交品種。
此外，研究人員首次將有害突變信息整合到全基因組預測新模型來預測馬鈴薯產量等農藝性狀，開發全基因組預測新模型，在馬鈴薯中達到了前所未有的準確度。
該研究得到了科技部、國家自然科學基金委員會、中國農業科學院、廣東省、深圳市及大鵬新區的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.04.008
