综述:马铃薯多倍体化——气候适应性的挑战与机遇

【字体: 时间:2025年04月24日 来源:TRENDS IN Genetics 13.6

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  这篇综述系统探讨了马铃薯(Solanum section Petota)多倍体化(polyploidy)在气候适应性中的关键作用,揭示了多倍体(如四倍体2n=4x=48)通过基因组加倍(whole-genome duplication)、杂交(hybridization)和双还原(double reduction)等机制增强抗逆性的潜力。文章强调野生马铃薯资源(CWRs)的遗传多样性对培育抗逆品种的价值,并指出自交亲和性(self-compatibility)与多倍体化的协同进化如何拓宽生态位(niche breadth)。

  

多倍体化:植物基因组演化的核心驱动力

基因组加倍(WGD)是植物适应性进化的关键策略。在马铃薯(Solanum section Petota)中,多倍体化事件通过同源多倍体(autopolyploidy)和异源多倍体(allopolyploidy)两种途径发生。前者通过2n配子(如FDR/SDR机制)实现基因组加倍,后者则依赖种间杂交与染色体加倍。有趣的是,多倍体马铃薯(如栽培种S. tuberosum,2n=4x=48)表现出更强的环境适应性,这与基因冗余(gene redundancy)和杂种优势(heterosis)密切相关。

马铃薯野生近缘种:气候适应性的基因宝库

野生马铃薯(如二倍体S. chacoense和六倍体S. albicans)携带丰富的抗逆基因。研究表明,多倍体野生种在北极和高纬度地区分布更广,暗示多倍体化与胁迫耐受性(如干旱、盐碱)的关联。例如,异源多倍体S. acaule通过胚乳平衡数(EBN)机制维持杂交后代的存活率,为育种提供重要桥梁。

育种技术突破:从多倍体操纵到基因挖掘

现代育种利用减数分裂突变体(如JASON基因突变)诱导2n配子,克服了种间杂交障碍。此外,单倍体诱导技术(如S. phureja介导的染色体减半)加速了野生基因资源的利用。最新泛基因组(pangenome)分析揭示,转座子(TEs)的活跃度与多倍体化程度呈正相关,为表型可塑性(phenotypic plasticity)提供分子解释。

未解之谜与未来方向

尽管多倍体马铃薯的适应性优势已被证实,但基因剂量(gene dosage)如何调控抗逆性状仍不明确。此外,多倍体化与自交亲和性(self-compatibility)的协同进化机制、以及体细胞多倍体(somatic polyploidy)在胁迫响应中的作用,仍是未来研究的重点。

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