自交衰退在異花授粉植物中是一種普遍存在的現(xiàn)象：在進(jìn)行連續(xù)多代自交后，會(huì)出現(xiàn)生理機(jī)能的衰退，表現(xiàn)為生長(zhǎng)勢(shì)減弱、產(chǎn)量降低。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月14日，《自然—遺傳學(xué)》雜志在線發(fā)表了云南師范大學(xué)馬鈴薯科學(xué)研究院與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)基因組所）共同完成的馬鈴薯自交衰退遺傳機(jī)制解析成果。這是以二倍體替代四倍體、以雜交種子替代薯塊繁殖為目標(biāo)的“優(yōu)薯計(jì)劃”實(shí)施以來(lái)取得的第二項(xiàng)重大理論突破。
論文第一作者、基因組所博士后張春芝告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，通過(guò)對(duì)151份二倍體馬鈴薯進(jìn)行重測(cè)序，鑒定了全基因組范圍內(nèi)共344831個(gè)有害突變。這些有害突變?cè)诮z粒區(qū)域富集，因此很難通過(guò)傳統(tǒng)雜交重組將其全部清除。
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，任意兩份二倍體材料之間相同的有害突變僅為11%，說(shuō)明馬鈴薯中的有害突變具有品系特異性。這可能是由于馬鈴薯長(zhǎng)期無(wú)性繁殖，品系間基因交流很少導(dǎo)致的。因此，可通過(guò)精心設(shè)計(jì)的雜交組合使這些有害突變保持在雜合狀態(tài)，獲得具有雜種優(yōu)勢(shì)的F1雜交種。
為進(jìn)一步鑒定這些有害突變的遺傳效應(yīng)，研究人員構(gòu)建了3個(gè)二倍體馬鈴薯自交分離群體，并開(kāi)發(fā)了一套不依賴(lài)于親本的基因分型方法?；谠摲椒ǎ芯繄F(tuán)隊(duì)從3個(gè)群體中鑒定了15個(gè)極端偏分離的區(qū)域，暗示這些區(qū)域含有大效應(yīng)的有害突變。結(jié)合表型分析，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出5個(gè)純合致死位點(diǎn)以及4個(gè)影響長(zhǎng)勢(shì)的位點(diǎn)。這說(shuō)明有多個(gè)基因與自交衰退有關(guān)。
研究發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)致死突變ar1基因控制胚的發(fā)育，在馬鈴薯群體中是一個(gè)稀有突變。“這些大效應(yīng)的有害突變主要位于重組率比較高的區(qū)域，說(shuō)明是可以通過(guò)遺傳重組將它們有效清除的?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒒蚪M所研究員黃三文說(shuō)。
黃三文強(qiáng)調(diào)，該研究為解決馬鈴薯自交衰退問(wèn)題提供了非常充分的理論基礎(chǔ)，并且第一次全面揭示了植物自交衰退的規(guī)律性問(wèn)題。不過(guò)，通過(guò)雜交選育淘汰這些自交衰退基因還需要時(shí)間。
相關(guān)論文信息：DOI:10.1038/s41588-018-0319-1
