6月24日，《细胞（Cell）》杂志在线发表了题为“Genome design of hybrid potato（杂交马铃薯的基因组设计）”的论文。据了解，该论文为中国农业科学院深圳农业基因组研究所（下称“基因组所”）黄三文团队在杂交马铃薯育种领域的研究成果——“优薯1号”的成功选育。

据介绍，此次的最新科研成果实现了500克的种子，完成过去500公斤薯块才能达到的种植量。基因组所黄三文团队用马铃薯二倍体替代四倍体育种，用杂交种子替代薯块繁殖，并发布了第一代高纯合度（>99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。 “优薯1号”的成功选育证明了杂交马铃薯育种的可行性。

基因组所工作人员介绍，马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以马铃薯为主食。与谷物类粮食作物不同，栽培马铃薯是依靠薯块进行无性繁殖的同源四倍体物种。由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗传改良进程缓慢，一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植。此外，马铃薯产业面临的另外一个挑战是薯块的繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害。

为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，在农业农村部、中国农科院和深圳市的支持下，基因组所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，即运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。

要实现二倍体杂交马铃薯育种，需克服两个关键障碍：自交不亲和与自交衰退。

黄三文团队通过基因组编辑技术，敲除了控制马铃薯自交不亲和的S-RNase基因，筛选到了S-RNase的天然突变体，并克隆来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了“自交不亲”的问题。在攻克“自交衰退”这一难点时，黄三文团队发现，导致自交衰退的有害突变，镶嵌分布在马铃薯的两套基因组中，无法通过重组将它们彻底淘汰。但不同马铃薯中的有害突变具有个体差异性，可通过对遗传背景差异大的自交系，进行杂交来掩盖杂交种中有害突变的效应。由此，黄三文团队借助在基因组学研究方面的优势，利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种四流程。逐个攻破自交系起始材料的选择、起始材料自交群体的遗传解析、自交系的选育以及杂交种的选育等问题后培育出第一代高纯合度（>99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文表示，跟荷兰、美国的科学家相比，深圳科学家最大的创新在于在基因组设计的工具的掌握上和开发和利用上，“我们拥有的全基因组设计育种这套工具，能够把自交系的纯度提高到接近100%，目前欧洲的程度只能达到80%左右。”

“优薯计划”也是著名农学家、“杂交水稻之父”袁隆平院士关心的一项科研项目。2020年11月，黄三文团队带着第一代基因组设计育种获得二倍体马铃薯杂交种子，专程拜访了袁隆平院士，向他详细介绍了“优薯计划”研究取得的突破性进展。袁隆平认为，用杂交种子替代薯块繁殖，可有效解决马铃薯重大产业难题。

试验显示，杂交马铃薯品系“优薯1号”，产量接近每亩3吨，淀粉和蛋白质含量相对较高，有丰富的干物质和类胡萝卜素，颜色深黄，口感软糯。全面推广后用杂交马铃薯种子进行饲用马铃薯种植，可替代一部分玉米和大豆，有效调节国家粮食供给需求，特别是填补了饲料用粮的缺口。

记者：刘诗豪

编辑：李晓慧

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李晓慧

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南方都市报记者