6月24日，《细胞（Cell）》杂志在线发表了题为“Genome design of hybrid potato（杂交马铃薯的基因组设计）”的论文。据了解，该论文为中国农业科学院深圳农业基因组研究所（下称“基因组所”）黄三文团队在杂交马铃薯育种领域的研究成果——“优薯1号”的成功选育。值得一提的是，此次研究，黄三文团队通过基因组编辑技术克服两个关键障碍，并利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种流程。目前，该团队已经培育出了第一代“优薯1号”。小区试验显示，每亩地只需要2克种子，“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势。

“优薯1号”的成功选育证明了杂交马铃薯育种的可行性。

现象：

马铃薯作为重要主食作物，遗传改良进程缓慢

据基因组所相关负责人介绍，马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以马铃薯为主食。与谷物类粮食作物不同，栽培马铃薯是依靠薯块进行无性繁殖的同源四倍体物种。由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗传改良进程缓慢，一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植。

此外，马铃薯产业面临的另外一个挑战是薯块的繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害。

为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，在农业农村部、中国农科院和深圳市的支持下，基因组所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，即运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。

破题：

利用基因组大数据进行育种决策培育出“优薯1号”

目前，要实现二倍体杂交马铃薯育种，需克服两个关键障碍：自交不亲和与自交衰退。

自交不亲和是指植物自花授粉后不会产生种子的现象。要培育自交系，首先需要解决自交不亲和的问题。在前期研究中，黄三文团队通过基因组编辑技术敲除了控制马铃薯自交不亲和的难题，并克隆了来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了自交不亲和的问题。

前期，黄三文团队对马铃薯自交衰退的遗传基础进行了系统解析。他们发现，导致自交衰退的有害突变镶嵌分布在马铃薯的两套基因组中，无法通过重组将它们彻底淘汰。但是，不同马铃薯中的有害突变具有个体差异性，可以通过对遗传背景差异大的自交系进行杂交来掩盖杂交种中有害突变的效应。

这些研究表明，基于表型选择的育种策略，难以克服自交衰退的问题，必须借助于基因组大数据开展设计育种，才能有效地淘汰有害突变。

在此基础之上，黄三文团队借助在基因组学研究方面的优势，利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种流程。

目前，该团队已经培育出了第一代高纯合度（>99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。小区试验显示“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势。同时，“优薯1号”具有高干物质含量和高类萝卜素含量的特点，蒸煮品质佳。