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    基因組編輯技術解決馬鈴薯自交不親和難題

    2018-08-20 18:35 | 作者: 中國農業科學院農業基因組研究所 | 標簽: 馬鈴薯

    8月13日,中國農業科學院農業基因組研究所黃三文研究團隊利用基因組編輯技術克服了馬鈴薯自交不親和難題,成果在線發表于《自然?植物(Nature Plants)》雜志上,這是“優薯計劃”實施以來發表的首篇重要研究論文。

    馬鈴薯是世界上最重要的塊莖類糧食作物。長期以來,馬鈴薯的研究和生產以四倍體為主要對象,使馬鈴薯產業面臨兩個結構性障礙。一是四倍體的遺傳非常復雜,導致馬鈴薯育種周期長,品種更新慢。二是馬鈴薯以薯塊進行繁殖,存在繁殖系數低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等缺陷。為了徹底打破產業發展中的障礙,在農業農村部的支持下,基因組所黃三文研究員聯合國內外優勢單位發起了“優薯計劃”,即用基因組學和合成生物學指導馬鈴薯產業的“綠色革命”,用二倍體替代四倍體,并用雜交種子替代薯塊,對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行顛覆性創新。該項目被中國農業科學院列為“重大產出科研選題”之一。

    自然界中70%的馬鈴薯種質為二倍體,其豐富的遺傳變異為“優薯計劃”的實施提供了基礎。但是二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和的現象,限制了自交系的創制。要實現“優薯計劃”,首先需要解決自交不親和的難題??朔越徊挥H和的傳統方式是利用來自野生馬鈴薯中的自交不親和抑制基因(S-locus inhibitor, 簡稱Sli),但是Sli基因被導入栽培種后會產生長匍匐莖、高龍葵素含量等一系列不良的農藝性狀,增加了遺傳改良的難度。為了尋找一種更有效的克服自交不親和的方法,該團隊創新性地利用基因組編輯技術解決這一難題。馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因(S-RNase)控制的,該基因在不同材料中的多態性非常高,很難通過同源克隆的方法克隆到S-RNase基因的全長。研究人員通過對柱頭轉錄組進行從頭拼接,獲得了S-RNase基因的全長序列,并利用基因組編輯技術對此基因進行了定點突變,獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯,并通過自交獲得了不含有外源片段的馬鈴薯新材料。利用該方法獲得的自交親和馬鈴薯新種質不含有任何野生基因組片段,可以直接應用到育種過程中,為“優薯計劃”的順利實施提供保障。


    英國詹姆斯?赫頓研究所 (The James Hutton Institute) 的馬克?泰勒 (Mark Taylor) 博士為此撰寫了評論,認為該研究開辟了二倍體馬鈴薯育種的新途徑,拓展了自交親和馬鈴薯資源,將加速馬鈴薯的遺傳改良。另外,泰勒博士也指出,雖然目前二倍體馬鈴薯的產量低于四倍體,但是沒有證據表明二倍體一定比四倍體差,而且利用基因組編輯技術解決自交不親和的問題也間接證明了在二倍體水平上進行的遺傳改良將更加快速和高效。

    該研究得到了農業農村部、中國農科院科技創新工程和云南省高端人才項目的支持。(通訊員 仰皖旭)

    原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0218-6

    來源:中國農業科學院農業基因組研究所

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