云南师范大学Nature Genetics发文:自交衰退的遗传基础

【字体: 时间:2019年01月23日 来源:生物通

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  研究人员发表了题为“The genetic basis of inbreeding depression in potato”的文章,公布了“优薯计划”的最新成果:用二倍体替代四倍体,并用杂交种子替代薯块,对马铃薯的育种和繁殖方式进行颠覆性创新。

  

马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物。与其它谷物类粮食作物不同,马铃薯是依靠薯块繁殖的同源四倍体物种。隐性有害等位基因隐藏在高度杂合的四倍体基因组中,使得优良等位基因很难聚合在一起,这是导致马铃薯育种周期长的主要原因。

一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植,如美国的 Russet Burbank(1902年育成)和荷兰的 Bintje(1904年育成)。中国栽培面积最大的品种“克新1号”是1958年育成的,至今已经种植了近60年。马铃薯产业面临的另外一个挑战是薯块繁殖,存在繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等问题。鉴于此,云南师范大学马铃薯科学研究院发起“优薯计划”,对马铃薯的育种和繁殖方式进行创新。

近期,这一研究院的研究人员发表了题为“The genetic basis of inbreeding depression in potato”的文章,公布了“优薯计划”的最新成果:用二倍体替代四倍体,并用杂交种子替代薯块,对马铃薯的育种和繁殖方式进行颠覆性创新。

这一研究成果公布在1月的Nature Genetics杂志上,文章的通讯作者为黄三文研究员,第一作者为张春芝、王培。

马铃薯,又称土豆、洋芋、薯仔,是重要的粮食作物。破译马铃薯基因组序列可帮助科学家们从分子水平上了解马铃薯的生长、发育及繁殖过程,对改良和提高马铃薯的品种产量、品质和抗病性具有重要的意义。

在这篇文章中,研究人员用二倍体自交系替代同源四倍体栽培品种进行杂交育种,可将育种周期从10-15年缩短为3-5年,大幅度提高育种效率;用储运方便且不带主要病虫害的杂交种子替代块茎繁殖,将把繁殖系数提高1000倍,为我国每年节省1000万亩种薯繁育用地,并解决1000万吨种薯储运难题。

为了鉴定这些有害突变的遗传效应,研究人员构建了3个自交群体,并开发了一套不依赖于亲本的基因分型方法。基于该方法,在三个群体中鉴定了15个极端偏分离的区域,暗示这些区域含有大效应的有害突变。结合表型分析,该研究鉴定了5个纯合致死位点以及4个影响长势的位点。研究人员对其中的一个致死突变ar1 进行了图位克隆和功能验证,发现它控制胚的发育。等位基因频率分析发现,ar1在马铃薯群体中是一个稀有突变。

有意思的是,这些大效应的有害突变主要位于重组率比较高的区域,说明可以通过遗传重组将它们有效清除。

在之前的研究中,该团队成员通过基因组编辑的方法克服了自交不亲和的障碍。这项研究中,研究人员重点解析了马铃薯自交衰退的遗传机制,为二倍体马铃薯分子设计育种提供了理论基础,也为解析其它无性繁殖作物的自交衰退提供了借鉴。

原文标题:

The genetic basis of inbreeding depression in potato

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