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近日，由中國農業(yè)科學院農業(yè)基因組研究所牽頭，南京農業(yè)大學、云南師范大學共同申報的國家自然科學基金基礎科學中心項目“雜交馬鈴薯基因組設計育種”獲批立項?；A科學中心項目是國家自然科學基金委定位最高、資助力度最大的項目，旨在瞄準國際科學前沿，集中和整合國內優(yōu)勢科研資源，產(chǎn)出一批國際領先水平的原創(chuàng)成果。
“優(yōu)薯1號” 供圖
目前，云南師范大學馬鈴薯科學研究院科研團隊已在二倍體雜交馬鈴薯育種領域取得率先突破，隨著該技術的不斷發(fā)展完善，未來，在馬鈴薯種植中，可不再只依靠塊莖種植，而是可以像小麥、水稻一樣，用種子播種種植。
深厚積累 成果不斷
馬鈴薯是一年生茄科茄屬作物，具有產(chǎn)量高、適應性強、營養(yǎng)豐富、糧菜兼用、綜合加工用途廣泛等特性，是僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物，廣泛分布于全球148個國家和地區(qū)。我國是世界第一大馬鈴薯種植和生產(chǎn)國。
作為我國傳統(tǒng)馬鈴薯生產(chǎn)大省，云南馬鈴薯種植面積900多萬畝，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為我省最具代表性的高原特色產(chǎn)業(yè)之一。多年來，我省科研院所、高校等相關團隊聚焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展中種質資源利用、綠色高效栽培等關鍵問題開展研究，取得一批國內、國際領先的成果。
云南師范大學于20世紀80年代與國際馬鈴薯中心開展國際合作研究，歷經(jīng)20多年研發(fā)，創(chuàng)建了以安第斯栽培亞種為核心，適應于包括我省在內的短日照地區(qū)種植，抗病、高產(chǎn)的馬鈴薯抗晚疫病育種群體，改變了我國以普通栽培亞種為唯一育種資源的歷史，為云南省培育了一系列高產(chǎn)、抗晚疫病的主栽品種。其中，“合作88”被公認為全世界種植面積最大的馬鈴薯優(yōu)良品種之一，是我省馬鈴薯加工業(yè)的主要原料和大宗出口品種，整體帶動了我省馬鈴薯生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
一直以來，馬鈴薯以塊莖繁殖，這種方式可獲得品質一致的產(chǎn)品?！皦K莖繁殖作為一種無性繁殖的方式，可將品質好的馬鈴薯克隆，加快推廣的步伐。但其薯塊繁殖系數(shù)低、儲運成本高、易攜帶病蟲害等系統(tǒng)性問題不容忽視?！痹颇蠋煼洞髮W馬鈴薯科學研究院教授尚軼說。
2019年，《科學》期刊在相關封面文章中提出，二倍體雜交馬鈴薯育種將對傳統(tǒng)的馬鈴薯育種和繁殖方式進行顛覆性創(chuàng)新，有望帶來馬鈴薯產(chǎn)業(yè)綠色革命。鑒于二倍體雜交馬鈴薯巨大的潛在優(yōu)勢，全球多家科研機構和育種公司紛紛投入大量人力、資金，搶占雜交馬鈴薯育種這個生物育種高地。
為加速二倍體雜交馬鈴薯育種研究，云南師范大學與中國農業(yè)科學院農業(yè)基因組研究所、云南英茂集團共同組建了全國首個專門從事馬鈴薯研究的科研機構馬鈴薯科學研究院，整合各方優(yōu)勢，投入二倍體雜交馬鈴薯研發(fā)的國際競爭中。
潛心研究 創(chuàng)新前行
“馬鈴薯的種子也可以繁殖，但傳統(tǒng)種子繁殖的后代會出現(xiàn)性狀分離，結果難以預料，很難實現(xiàn)商業(yè)化?！闭劦诫s交馬鈴薯的選育歷程，尚軼說，馬鈴薯是四倍體有著四套基因組，更多的排列組合意味著雜交選育難度的不斷增加，解決其自交不親和、自交衰退兩大難題，并獲取一個高純度二倍體自交系是關鍵。
科研團隊通過敲除控制馬鈴薯自交不親和的基因以及克隆來自野生種的自交親和基因，徹底解決了二倍體馬鈴薯自交不親和的問題，并利用最新的基因組技術鑒定出控制衰退的基因，找到解決自交衰退的方法。2021年6月，《細胞》雜志在線發(fā)表論文，報道了我國科研團隊用馬鈴薯二倍體替代四倍體育種，用雜交種子替代薯塊繁殖，并發(fā)布了第一代高純合度二倍體馬鈴薯自交系和雜交馬鈴薯品系“優(yōu)薯1號”。
“這是一種黃心馬鈴薯，胡蘿卜素含量極高，品質很好，畝產(chǎn)大約為常規(guī)品種的50%到80%?！鄙休W表示，作為概念性品種，“優(yōu)薯1號”證明了雜交馬鈴薯育種的可行性，也使我國馬鈴薯基礎與育種應用研究走在了國際前列。
從實驗室走向試驗田，二倍體雜交馬鈴薯展現(xiàn)了自身的優(yōu)勢，采用雜交馬鈴薯種子播種，每畝地僅需3至5克種子就可以替代150至200公斤的種薯，種子的繁殖系數(shù)是薯塊的1000倍，可為云南每年節(jié)約90萬畝耕地；改變塊莖繁殖容易積累對生長不利的病毒、影響馬鈴薯生長的情況。
“馬鈴薯雜交這個難題的攻克，意味著未來我們可以通過基因組技術挖掘一批具有重大育種應用價值的新基因，如賦予馬鈴薯更高的蛋白質含量、開發(fā)更適應國人口味的新品種，使其更加適應加工產(chǎn)業(yè)和市場的需求?！鄙休W說。
“雜交馬鈴薯基因組設計育種”獲批立項，讓科研團隊更加明確了新的目標，創(chuàng)制更多的自交系，設計開發(fā)雜種優(yōu)勢，提升產(chǎn)量，增強抗性，培育出可商業(yè)化的新品種“優(yōu)薯2號”，實現(xiàn)從試驗田到生產(chǎn)田，為云南乃至我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。（云南日報 記者季征 陳云芬）
