近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員黃三文團(tuán)隊(duì)在《生物技術(shù)通報（英文）》（aBIOTECH）雜志上發(fā)表了研究成果。報道了利用雙單倍體技術(shù)構(gòu)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(qiáng)有力的技術(shù)保障。
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(jìn)行無性繁殖的同源四倍體。由于四倍體遺傳的復(fù)雜性，馬鈴薯的遺傳改良進(jìn)程緩慢。
馬鈴薯野生種大多數(shù)為二倍體。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(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，二倍體馬鈴薯大多自交不親和，且經(jīng)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(fā)生自交衰退的現(xiàn)象，這為創(chuàng)制高純度的二倍體自交系帶來了挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)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(dǎo)和加倍兩個世代即可實(shí)現(xiàn)純系的創(chuàng)制，顯著加快自交系的選育進(jìn)程和效率，是農(nóng)業(yè)生物育種中的共性關(guān)鍵技術(shù)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，玉米和番茄中單倍體誘導(dǎo)基因DMP在馬鈴薯中具有較高的保守性，并利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)結(jié)合FAST-Red熒光篩選標(biāo)記，獲得了StDMP功能缺失的突變體。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過雜交、熒光篩選、分子標(biāo)記鑒定、流式細(xì)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(jìn)行全基因組測序發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)產(chǎn)生純母本來源的單倍體。
通過分析基因組的雜合SNP分布發(fā)現(xiàn)，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(qū)域，基因組純合度顯著高于高代自交系。
該研究構(gòu)建的利用雙單倍體技術(shù)獲得高純度二倍體馬鈴薯自交系的方法，與傳統(tǒng)自交的方法相比，不用克服馬鈴薯自交不親和的結(jié)構(gòu)性障礙，且大幅縮短了育種周期，大約可在8個月內(nèi)完成，這將為實(shí)現(xiàn)馬鈴薯快速育種提供新的解決方案。
黃三文為論文通訊作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所助理研究員張金喆和已畢業(yè)碩士研究生尹健為共同第一作者。該項(xiàng)目獲得了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1007/s42994-022-00080-7
