- 题目：CGM 第132期: 马铃薯自交衰退的遗传基础
- 时间：美国中部时间 2021年1月13日（星期三）8AM（北京时间1月13日 9PM）
- 地点：Tecent and Bilibili live stream
- 主讲人：张春芝于2014年获得中国农业科学博士学位，2012.10-2014.3年在荷兰瓦赫宁根大学博士联合培养一年半，2014-2019年在中国农科院深圳农业基因组研究所开展博士后研究，出站后留所工作。主要从事马铃薯分子设计育种工作，开展了二倍体马铃薯实生籽育种（又称“优薯计划”），旨在将马铃薯由四倍体薯块繁殖的作物改造成二倍体种子繁殖的作物，变革马铃薯的育种和繁殖方式，提高育种效率，降低生产成本，引领马铃薯产业的绿色升级。围绕“优薯计划”开展了一系列理论创新和育种实践，建立了国内最大的二倍体马铃薯种质资源库，通过基因组编辑的方法克服了二倍体马铃薯自交不亲和的难题，并解析了马铃薯自交衰退的遗传基础。在此基础之上，培育了第一代二倍体马铃薯自交系和第一个概念性杂交种，为“优薯计划”的顺利开展奠定了基础。到目前为止，共发表SCI论文13篇，累计影响因子144，被引700多次。其中以通讯或第一作者身份在《Nature Genetics》、《Nature Plants》等杂志发表SCI论文8篇，主持国家自然科学基金优青基金、国家重点研发计划政府间/港澳台重点专项等项目5项，授权专利3项。
中文摘要
马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物。与其它谷物类粮食作物不同，马铃薯是依靠薯块繁殖的同源四倍体物种。隐性有害等位基因隐藏在高度杂合的四倍体基因组中，使得优良等位基因很难聚合在一起，这是导致马铃薯育种周期长的主要原因。一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植，如美国的Russet Burbank（1902年育成）和荷兰的Bintje（1904年育成）。中国栽培面积最大的品种“克新1号”是1958年育成的，至今已经种植了近60年。马铃薯产业面临的另外一个挑战是薯块繁殖，存在繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害等问题。为了解决这些问题，研究人员提出在二倍体水平上进行马铃薯的再驯化，将马铃薯由四倍体无性繁殖作物改造成二倍体种子作物，变革马铃薯的育种和繁殖方式。 自然界中70%的马铃薯种质资源为二倍体，其丰富的遗传变异为开展二倍体育种提供了材料。但是，作为长期无性繁殖的异交作物，马铃薯具有严重的自交衰退，主要表现在自交后代生活力下降、育性变差、产量降低等。在本研究中，我们重点解析了马铃薯自交衰退的遗传机制。有害突变是导致自交衰退的主要原因。我们通过对151份二倍体马铃薯进行重测序，鉴定了全基因组范围内共344,831个有害突变。这些有害突变在近着丝粒区域富集，因此很难通过遗传重组将它们全部清除。进一步分析发现，任意两份二倍体材料之间相同的有害突变仅为11％，说明马铃薯中的有害突变具有品系特异性，我们可以通过精心设计的杂交组合使这些有害突变保持在杂合状态，获得具有杂种优势的F1杂交种。 为了鉴定这些有害突变的遗传效应，我们构建了3个自交群体，并开发了一套不依赖于亲本的基因分型方法。基于该方法，在三个群体中鉴定了15个极端偏分离的区域，暗示这些区域含有大效应的有害突变。结合表型分析，我们鉴定了5个纯合致死位点以及4个影响长势的位点。我们对其中的一个致死突变ar1进行了图位克隆和功能验证，发现它控制胚的发育。等位基因频率分析发现，ar1在马铃薯群体中是一个稀有突变。有意思的是这些大效应的有害突变主要位于重组率比较高的区域，说明可以通过遗传重组将它们有效清除。本研究为二倍体马铃薯分子设计育种提供了理论基础，也为解析其它无性繁殖作物的自交衰退提供了借鉴。
参考文献
Chunzhi Zhang#, Pei Wang#, Die Tang#, Zhongmin Yang, Fei Lu, Jianjian Qi, Nilesh R. Tawari, Yi Shang, Canhui Li, Sanwen Huang*. (2019) The genetic basis of inbreeding depression in potato. Nature Genetics, 51: 374-378. DOI: 10.1038/s41588-018-0319-1