育种如何“少走弯路”？“进化透镜”给出答案

来源：光明网－科普中国2023-06-08 17:18

　　编者按：日前，国际权威期刊《细胞（Cell）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队的最新研究成果：利用进化基因组学鉴定有害突变进而指导杂交马铃薯育种。该研究发明了一种新的“进化透镜”技术，给育种家一双“火眼金睛”，能够及早发现阻碍马铃薯育种的基因组“暗礁”（科学家称之为“有害突变”），避免育种“走错路”，让大家能够更快吃上更优质的高产土豆。究竟什么是“进化透镜”技术？它又是怎么工作的呢？记者采访了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队博士后吴瑶瑶。

　　马铃薯，是我国第四大主粮作物，也是我们饮食生活中各类美食的原材料。但习惯了现代农业技术发展的人们或许难以想象，当前国际广泛种植的加工马铃薯品种能够追溯到120年前，国内栽培面积最大的品种也要追溯到64年前。

　　【中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队博士后吴瑶瑶】大家可能经常吃薯条，但是有一点可能大家不知道，我们经常吃的薯条是120年前的品种。因为马铃薯的育种非常的缓慢，它的基因组太过于复杂了，而且是无性繁殖。传统的马铃薯它有四套的遗传物质，改良起来非常复杂。另外一个障碍是薯块繁殖，大家买菜也都知道，薯块很容易就坏。

　　复杂的基因组和薯块繁殖是马铃薯育种的两大障碍，这既是科学家们面临的挑战，也指出了一条清晰、坚定的科研之路。为此，黄三文团队发起了“优薯计划”。

　　【中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队博士后吴瑶瑶】那么我们团队就发起了“优薯计划”，改革马铃薯的整个育种，从四倍体改成二倍体，从无性繁殖的薯块繁殖改成一个种子的繁殖。这样我们可以加速育种的进程。原先十几年才能培育出来一个品种，我们现在3~5年就可以培育出一个品种。

　　从四倍体到二倍体，这无疑是一场马铃薯的育种变革，既将复杂的基因组简化，又利用种子减少了繁殖中感染病虫害的风险。

　　【中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队博士后吴瑶瑶】为了达到这个目的，主要通过两个策略，一个是聚合好的位点，第二个就是淘汰不好的位点。马铃薯基因组中有很多不好的位点，是肉眼看不到的。但是在制种过程中它就能表现出来。为了追踪这些不好的位点，我们开发了一个“进化透镜”的技术。举一个比较形象的例子，就相当于是一道白光透过三棱镜，然后三棱镜会根据不同的波长分成7种颜色的光。我们就相当于把马铃薯全基因组所有的序列，都放到这个“进化透镜”里面，这样这个“透镜”就可以区分出来每个位点对我们马铃薯重不重要。

　　有害突变，其实是整个动植物界都非常普遍的现象。在制种过程中我们不断地自交，它会产生一些表型的下降，比如说有的是不育了，还有的就是长得特别弱小。这些表现我们都称之为自交衰退。