“优薯1号”供图
聚焦
近日，由中国农业科学院农业基因组研究所牵头，南京农业大学、云南师范大学共同申报的国家自然科学基金基础科学中心项目“杂交马铃薯基因组设计育种”获批立项。基础科学中心项目是国家自然科学基金委定位最高、资助力度最大的项目，旨在瞄准国际科学前沿，集中和整合国内优势科研资源，产出一批国际领先水平的原创成果。
目前，云南师范大学马铃薯科学研究院科研团队已在二倍体杂交马铃薯育种领域取得率先突破，随着该技术的不断发展完善，未来，在马铃薯种植中，可不再只依靠块茎种植，而是可以像小麦、水稻一样，用种子播种种植。
深厚积累 成果不断
马铃薯是一年生茄科茄属作物，具有产量高、适应性强、营养丰富、粮菜兼用、综合加工用途广泛等特性，是仅次于小麦、水稻和玉米的第四大粮食作物，广泛分布于全球148个国家和地区。我国是世界第一大马铃薯种植和生产国。
作为我国传统马铃薯生产大省，云南马铃薯种植面积900多万亩，马铃薯产业已发展成为我省最具代表性的高原特色产业之一。多年来，我省科研院所、高校等相关团队聚焦产业发展中种质资源利用、绿色高效栽培等关键问题开展研究，取得一批国内、国际领先的成果。
云南师范大学于20世纪80年代与国际马铃薯中心开展国际合作研究，历经20多年研发，创建了以安第斯栽培亚种为核心，适应于包括我省在内的短日照地区种植，抗病、高产的马铃薯抗晚疫病育种群体，改变了我国以普通栽培亚种为唯一育种资源的历史，为云南省培育了一系列高产、抗晚疫病的主栽品种。其中，“合作88”被公认为全世界种植面积最大的马铃薯优良品种之一，是我省马铃薯加工业的主要原料和大宗出口品种，整体带动了我省马铃薯生产和产业发展。
一直以来，马铃薯以块茎繁殖，这种方式可获得品质一致的产品。“块茎繁殖作为一种无性繁殖的方式，可将品质好的马铃薯克隆，加快推广的步伐。但其薯块繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等系统性问题不容忽视。”云南师范大学马铃薯科学研究院教授尚轶说。
2019年，《科学》期刊在相关封面文章中提出，二倍体杂交马铃薯育种将对传统的马铃薯育种和繁殖方式进行颠覆性创新，有望带来马铃薯产业绿色革命。鉴于二倍体杂交马铃薯巨大的潜在优势，全球多家科研机构和育种公司纷纷投入大量人力、资金，抢占杂交马铃薯育种这个生物育种高地。
为加速二倍体杂交马铃薯育种研究，云南师范大学与中国农业科学院农业基因组研究所、云南英茂集团共同组建了全国首个专门从事马铃薯研究的科研机构马铃薯科学研究院，整合各方优势，投入二倍体杂交马铃薯研发的国际竞争中。
潜心研究 创新前行
“马铃薯的种子也可以繁殖，但传统种子繁殖的后代会出现性状分离，结果难以预料，很难实现商业化。”谈到杂交马铃薯的选育历程，尚轶说，马铃薯是四倍体有着四套基因组，更多的排列组合意味着杂交选育难度的不断增加，解决其自交不亲和、自交衰退两大难题，并获取一个高纯度二倍体自交系是关键。
科研团队通过敲除控制马铃薯自交不亲和的基因以及克隆来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了二倍体马铃薯自交不亲和的问题，并利用最新的基因组技术鉴定出控制衰退的基因，找到解决自交衰退的方法。2021年6月，《细胞》杂志在线发表论文，报道了我国科研团队用马铃薯二倍体替代四倍体育种，用杂交种子替代薯块繁殖，并发布了第一代高纯合度二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。
“这是一种黄心马铃薯，胡萝卜素含量极高，品质很好，亩产大约为常规品种的50%到80%。”尚轶表示，作为概念性品种，“优薯1号”证明了杂交马铃薯育种的可行性，也使我国马铃薯基础与育种应用研究走在了国际前列。
从实验室走向试验田，二倍体杂交马铃薯展现了自身的优势，采用杂交马铃薯种子播种，每亩地仅需3至5克种子就可以替代150至200公斤的种薯，种子的繁殖系数是薯块的1000倍，可为云南每年节约90万亩耕地；改变块茎繁殖容易积累对生长不利的病毒、影响马铃薯生长的情况。
“马铃薯杂交这个难题的攻克，意味着未来我们可以通过基因组技术挖掘一批具有重大育种应用价值的新基因，如赋予马铃薯更高的蛋白质含量、开发更适应国人口味的新品种，使其更加适应加工产业和市场的需求。”尚轶说。
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素材来源 | 云南网
图文排版 | 阮元欢
责任编辑丨杨丛森 李璐
终审丨余冰释 张辰
