中國農業科學院創制馬鈴薯單倍體誘導系

馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物，全球約有13億人以馬鈴薯為主食。不同于谷物類糧食作物，栽培馬鈴薯是依靠薯塊進行無性繁殖的同源四倍體。由于四倍體遺傳的復雜性，馬鈴薯的遺傳改良進程緩慢。二倍體馬鈴薯遺傳變異豐富、基因組相對簡單，開展二倍體馬鈴薯雜交育種將極大助力馬鈴薯產業的發展。然而，二倍體馬鈴薯大多自交不親和，且經過長時間的無性繁殖，基因組中積累了大量的有害突變，在育種過程中常會發生自交衰退的現象，這為創制高純度的二倍體自交系帶來了挑戰。傳統方法獲得馬鈴薯二倍體自交系一般需要多代自交，周期長、效率低，而單倍體育種只需通過單倍體誘導和加倍2個世代即可實現純系的創制，顯著加快自交系的選育進程和效率，是農業生物育種中的共性關鍵技術。

2022年9月，中國農業科學院深圳農業基因組研究所黃三文團隊在《aBIOTECH》雜志上發表了題為“Construction of homozygous diploid potato through maternal haploid induction”的論文。報道了利用雙單倍體技術構建高純度二倍體馬鈴薯自交系的方法體系，為二倍體馬鈴薯雜交育種提供了強有力的技術保障。研究人員發現，玉米和番茄中單倍體誘導基因在馬鈴薯中具有較高的保守性，并利用CRISPR/Cas9系統結合FAST-Red熒光篩選標記，獲得了StDMP功能缺失的突變體。在此基礎上，進一步通過雜交、熒光篩選、分子標記鑒定、流式細胞儀測定以及秋水仙素加倍獲得了近乎100%純合的二倍體馬鈴薯材料。此外，該研究通過對單倍體進行全基因組測序發現，單倍體的基因組均來自母本，不含有父本的片段和非整倍體片段，說明StDMP突變體可誘導產生純母本來源的單倍體。此外，通過分析基因組的雜合SNP分布發現，與高代自交系相比，單倍體的基因組幾乎不含任何雜合的區域，基因組純合度顯著高于高代自交系。該研究構建的利用雙單倍體技術獲得高純度二倍體馬鈴薯自交系的方法，與傳統自交的方法相比，不用克服馬鈴薯自交不親和的結構性障礙，且大幅縮短了育種周期，大約可在8個月內完成，這將為實現馬鈴薯快速育種提供新的解決方案。