馬鈴薯基因組研究獲重大成果
----作為《自然》雜志封面文章發(fā)表
來源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所
7月14日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表了馬鈴薯全基因組序列圖和生物學(xué)分析的封面論文。此項(xiàng)研究是由我院科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)14個(gè)國(guó)家的97名研究人員組成的“馬鈴薯基因組測(cè)序國(guó)際協(xié)作組”經(jīng)過6年艱苦努力共同完成的。我院原副院長(zhǎng)、中國(guó)作物學(xué)會(huì)馬鈴薯專業(yè)委員會(huì)主任委員屈冬玉博士是國(guó)際協(xié)作組的發(fā)起人和中方項(xiàng)目主持人，中方首席科學(xué)家我院蔬菜所黃三文博士是論文3名通信作者之一。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，中方團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從參與到主導(dǎo)的跨越，奠定了我國(guó)在馬鈴薯基因組研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。
2004年7月，屈冬玉和荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的兩名教授共同發(fā)起籌劃成立馬鈴薯基因測(cè)序國(guó)際協(xié)作組，2006年正式開始工作。2006－2008年底，協(xié)作組遇到了二倍體馬鈴薯基因組高度雜合、物理圖譜質(zhì)量不高、測(cè)序成本高等難以克服的困難，項(xiàng)目舉步維艱，協(xié)作組瀕臨解散。在這種情況下，中方團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出了一套新的策略，即以單倍體馬鈴薯為材料來降低基因組分析的復(fù)雜度，并采用快捷的全基因組鳥槍法策略和低成本的新一代的DNA測(cè)序技術(shù)。這一策略的改變大大加快了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程，中方團(tuán)隊(duì)于2009年完成了單倍體馬鈴薯基因組的測(cè)序、拼接和注釋工作。在這種形勢(shì)下，國(guó)際協(xié)作組放棄了原有二倍體基因組測(cè)序的技術(shù)路線，把絕大部分資源聚集在中方主導(dǎo)的單倍體基因組測(cè)序項(xiàng)目上，并于2009年9月23日宣布了全基因組序列圖的完成。
在序列圖的基礎(chǔ)上，協(xié)作組又花了近2年時(shí)間對(duì)馬鈴薯基因組進(jìn)行了細(xì)致的生物學(xué)分析。分析結(jié)果表明：馬鈴薯基因組共包含約3.9萬個(gè)基因，在進(jìn)化過程中經(jīng)歷了兩次全基因組復(fù)制。馬鈴薯是通過薯塊繁殖的，屬于營(yíng)養(yǎng)繁殖作物，具有嚴(yán)重的自交衰退現(xiàn)象，對(duì)基因組的分析初步揭示了馬鈴薯自交衰退的基因組學(xué)基礎(chǔ)。通過比較基因組分析，發(fā)現(xiàn)了薯塊生長(zhǎng)發(fā)育和病蟲害抗性的重要基因。此外，馬鈴薯基因組也為進(jìn)一步了解雙子葉植物的進(jìn)化路徑提供了分子生物學(xué)新知識(shí)。
屈冬玉說，馬鈴薯是世界上第三大糧食作物，對(duì)于糧食安全的作用日益突顯。我國(guó)是世界最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)，目前面積已經(jīng)接近9000萬畝，總產(chǎn)量約900億公斤。然而我國(guó)馬鈴薯單產(chǎn)水平僅為每畝1000公斤，只有先進(jìn)國(guó)家的1／3。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸是缺乏適合于我國(guó)氣候條件和栽培方式的優(yōu)良品種，對(duì)于原產(chǎn)南美的馬鈴薯這一外來作物遺傳資源的研究和利用也特顯不足。
屈冬玉指出，馬鈴薯全基因組序列圖的繪制是我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域取得的重大、具有重要標(biāo)志意義的新成果。通過全基因組設(shè)計(jì)育種，育種家將加可大大加速馬鈴薯新品種的培育。 在全基因組設(shè)計(jì)育種上，我國(guó)和荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一起跑線上。目前馬鈴薯全基因組遺傳變異圖譜的構(gòu)建和分子設(shè)計(jì)育種體系的開發(fā)是關(guān)鍵，亟需得到各方面的支持，同時(shí)要加強(qiáng)與常規(guī)育種的結(jié)合，從而加速培育具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種，造福廣大人民。
