作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/24 16:48:26
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马铃薯单倍体诱导系创制成功

 

近日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文团队在《生物技术通报(英文)》(aBIOTECH)杂志上发表了研究成果。报道了利用双单倍体技术构建高纯度二倍体马铃薯自交系的方法体系,为二倍体马铃薯杂交育种提供了强有力的技术保障。

马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物,全球约有13亿人以马铃薯为主食。不同于谷物类粮食作物,栽培马铃薯是依靠薯块进行无性繁殖的同源四倍体。由于四倍体遗传的复杂性,马铃薯的遗传改良进程缓慢。

马铃薯野生种大多数为二倍体。二倍体马铃薯遗传变异丰富、基因组相对简单,开展二倍体马铃薯杂交育种将极大助力马铃薯产业的发展。然而,二倍体马铃薯大多自交不亲和,且经过长时间的无性繁殖,基因组中积累了大量的有害突变,在育种过程中常会发生自交衰退的现象,这为创制高纯度的二倍体自交系带来了挑战。

传统方法获得马铃薯二倍体自交系一般需要多代自交,周期长、效率低,而单倍体育种只需通过单倍体诱导和加倍两个世代即可实现纯系的创制,显著加快自交系的选育进程和效率,是农业生物育种中的共性关键技术。

研究人员发现,玉米和番茄中单倍体诱导基因DMP在马铃薯中具有较高的保守性,并利用CRISPR/Cas9系统结合FAST-Red荧光筛选标记,获得了StDMP功能缺失的突变体。

在此基础上,进一步通过杂交、荧光筛选、分子标记鉴定、流式细胞仪测定以及秋水仙素加倍获得了近乎100%纯合的二倍体马铃薯材料。

此外,该研究通过对单倍体进行全基因组测序发现,单倍体的基因组均来自母本,不含有父本的片段和非整倍体片段,说明StDMP突变体可诱导产生纯母本来源的单倍体。

通过分析基因组的杂合SNP分布发现,与高代自交系相比,单倍体的基因组几乎不含任何杂合的区域,基因组纯合度显著高于高代自交系。

该研究构建的利用双单倍体技术获得高纯度二倍体马铃薯自交系的方法,与传统自交的方法相比,不用克服马铃薯自交不亲和的结构性障碍,且大幅缩短了育种周期,大约可在8个月内完成,这将为实现马铃薯快速育种提供新的解决方案。

黄三文为论文通讯作者,中国农业科学院蔬菜花卉研究所助理研究员张金喆和已毕业硕士研究生尹健为共同第一作者。该项目获得了广东省基础与应用基础研究重大专项、国家自然科学基金以及中国农业科学院农业科技创新工程的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1007/s42994-022-00080-7

 
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