浆果儿 女同 马铃薯杂交种子，近了
杂合马铃薯 RH 中国农科院供图
■本报记者 李晨
和水稻、小麦、玉米不同，手脚养分全面的宇宙第三大主粮作物，百余年来马铃薯并不是靠种子训导的，而是依靠地下的块茎，即种薯进行无性养殖。
“马铃薯普通栽培种是同源四倍体，这使得马铃薯的遗传育种十分贫寒，品种窜改周期漫长。”中国农科院深圳农业基因组征询所（以下简称基因组所）长处黄三文告诉《中国科学报》。
9月28日，《当然—遗传》在线发表了黄三文团队初度测序完成的杂合二倍体马铃薯基因组。该征询效果不仅提供了迄今最完好的杂合马铃薯基因组、最全面的马铃薯单体型相比分析，而且为处置马铃薯自交衰败问题、琢磨马铃薯二倍体杂交种子奠定了基础。
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当今，优质马铃薯新品种并未几，商场上售卖的马铃薯和几十年前东说念主们吃的是相通的品种。一些上百年历史的马铃薯品种仍然在平时训导。黄三文说，马铃薯普通栽培种杂交后代性状折柳严重，导致其育种征询贫寒。处置步调即是用杂交种子代替种薯。
“要终了用杂交种子训导马铃薯，就必须破解马铃薯单倍体、二倍体和四倍体基因组。”黄三文说，当今单倍体和二倍体基因组齐一经绘图完成。
基因组所征询员张春芝告诉《中国科学报》，连年来，国际多家科研机构和育种公司一经开展了二倍体马铃薯杂交育种琢磨。“但是，他们齐遭受一个问题：培育的自交系纯度不高，导致杂交种出现性状折柳，影响了商品质。这证据通过传统育种方式很难培育高纯合度的自交系，因此需要加强对马铃薯基因组的相识，开展马铃薯基因组琢磨育种。”张春芝说。
对马铃薯基因组的征询始于2005年。由14个国度29个单元的97名征询东说念主员构成的国际马铃薯基因组测序定约（以下简称测序定约）对一种优良的马铃薯育种材料二倍体RH的基因组图谱发起了科研攻关。然则，由于二倍体马铃薯基因组存在高度杂合、物理图谱质料不高、测序资本高级难以克服的贫寒，形态举步维艰，测序定约濒临散伙。
这时，黄三文指挥的中方团队匠心独具，提议了一套新的政策：以单倍体马铃薯DM为材料来裁减基因组分析的复杂度，并继承快捷的全基因组鸟枪法政策和低资本的新一代DNA测序手艺，大大加速了悉数形态标程度，于2009年完成了单倍体马铃薯基因组的测序、拼接和严防责任。2011年，《当然》以封面著作的形势发布了第一个单倍体马铃薯DM的参考基因组。在那篇著作中，测序定约也分析了仅拼装10%的二倍体马铃薯RH基因组序列。
近10年当年，黄三文团队使用兼并个马铃薯材料RH，完成了当年测序定约莫得完成的责任。“这对2011年那篇著作算是一个圆满酬谢。”论文第一作家、基因组所的周倩告诉《中国科学报》。
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马铃薯是高度杂合的作物，二倍体马铃薯杂合度高达2%，两套染色体之间存在大齐互异。
“二倍体基因组的责任量比单倍体多了不啻两倍，因为不仅是多了一套完好且不同的基因组，而且两套基因组之间会相互禁绝，影响测序截至的准确性。”中国农业大学教训赖锦盛收受《中国科学报》采访时说，马铃薯二倍体基因组测序见效，将为破解马铃薯四倍体基因组、加速马铃薯育种奠定基础。
“科学家拼装基因组的经由，近似拼图。”周倩说，愚弄旧例测序步调，一个基因组可能被打碎成数百万、数千万的碎屑，而拼装算法即是要找到碎屑与碎屑之间的贯穿点，从而将碎屑拼接成完好的基因组序列。
萝莉在线在植物基因组里面存在着大齐极相似的“重迭序列”片断。这些片断就极度于拼图时形势、颜料相等附进的碎屑，拼装算法也很难笃定它们信得过的位置，因而很容易引起裂缝的拼装截至。
在高杂合基因组中，来自父方和母方的序列相似度接近99%，互异点仅有1%~2%，拼装算法很有可能畴昔自父方的碎屑与来自母方的碎屑贯穿在全部，变成裂缝的拼装截至，以致导致无法完成悉数拼图，即获取完好的全基因组序列。
“以上原因导致构建高质料的马铃薯杂合基因组十分贫寒。”周倩说。
距离破译第一个马铃薯基因组已当年快要10年，基因组测序手艺和拼装算法齐在握住升级。“手艺的跳动和马铃薯科研效果的累积，轮廓在全部，使得他们有契机破解这个遑急的二倍体马铃薯基因组。”赖锦盛说。
挑战：放手无益突变
该征询提议了高准确率HiFi read与遗传群体测序、HiC测序相联接的手艺阶梯，克服了“重迭序列”和“高杂合”这两个扼制，见效拼装了染色体级别的单体型，为复杂基因组的主见提供了鉴戒。
“在完好基因组序列的基础上，咱们进行了序列相比、基因抒发、无益突变推断、重心基因的挖掘瓜分析。”周倩说。
赖锦盛先容：“有性养殖经由能对变异进行选拔。无益突变过多的后代可能无法存活，省略在性状上发扬相比差。这些后代被淘汰的期间，无益突变也就被淘汰掉了。”
“大部分二倍体马铃薯自交不亲和，一般通过薯块进行无性养殖，这就导致基因组重组事件少，基因信息不流动，当然突变产生的无益突变就会累积下来，从而使得基因组内无益突变的水平较高。咱们在RH二倍体马铃薯中检测到了22134个无益突变。”周倩说，这些无益突变散布在两套基因组中，与其他类型的变异呈马赛克式散布，而况无益突变还有可能与优良基因详尽连锁，很难通过传统杂交的步调透澈淘汰无益突变。
张春芝先容，为幸免这些无益突变，只可通过培育不同遗传布景的自交系，然后将不同的自交系进行杂交，使无益突变保抓在杂合情景，隐敝其不良效应，这么才不会对杂交种的表型产生影响。
赖锦盛合计，找到这些无益突变的位置，一方面为一定程度上放手无益突变提供了条目；另一方面也证据，由于无益突变散布平时，要透澈而系统地放手无益突变难度相等大，濒临着很大的挑战。
连年来，在农业农村部和深圳市的支撑下，黄三文荟萃多家单元发起了“优薯琢磨”，即用基因组学和合成生物学指挥马铃薯产业的“绿色改进”，用二倍体替代四倍体，并用杂交种子替代薯块，对马铃薯的育种和养殖方式进行颠覆性创新。
“马铃薯二倍体基因组的解读浆果儿 女同，让‘优薯琢磨’的终了又上前迈进了一步。”赖锦盛说。