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生物学
杂交马铃薯的基因组设计
马铃薯是最重要的块茎类粮食作物,全球超过10亿人食用马铃薯。普通栽培马铃薯是同源四倍体,其基因组高度杂合,遗传分析复杂,导致马铃薯育种的遗传增益有限。一些上百年历史的马铃薯品种仍然在大面积种植,如Russet Burbank (1902年选育)和Bintje (1904年选育)。此外,马铃薯的无性繁殖用种量大、储运成本高、易感染病虫害等问题。为了克服产业面临的问题,我们启动了"优薯计划",将马铃薯改造成一种自交系为基础的二倍体种子繁殖作物。然而,自交不亲和与严重的自交衰退是阻碍自交系发展的两大障碍。我们通过敲除调控自交不亲和S-RNase基因或利用天然自交基因Sli和Ss11克服了第一个障碍。然后,我们解析了自交衰退的遗传基础,发现马铃薯中的有害突变具有个体特异性,暗示不同背景的自交系杂交可以掩盖有害突变的影响,产生较强的杂种优势。在此基础上,建立了杂交马铃薯基因组设计体系。基因组设计的指标包括:起始材料中基因组纯合度和有害突变的数目,S1群体中偏分离的数量,打破有益和有害等位基因之间的紧密联系,以及杂交亲本的基因组互补性。利用这一策略,我们从不同的自交系中获得了生活力高且可育的自交系(纯合度高达99.94%),并将两个不同的自交系杂交产生了第一代整齐一致的F1杂种"优薯1号"。由于基因组间的互补性,F1杂交种在生活力和产量上表现出较强的杂种优势。这项研究将马铃薯育种从缓慢的、非累积的模式转变为快速可迭代的模式。
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首届植物科学前沿学术大会摘要集(一)
2022年
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