图 马铃薯分型图泛基因组和dSNPs在dSV单倍型附近偏向性积累
在国家自然科学基金卓越研究群体项目（批准号：32488302）等资助下，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队在杂交马铃薯遗传育种领域取得新进展，构建了首个完整解析马铃薯单倍型的泛基因组，系统揭示了无性繁殖植物的基因组特征，并在此基础上提出了杂交马铃薯的理想单倍型育种新策略。研究成果以“Leveraging a phased pangenome for haplotype design of hybrid potato（运用分型泛基因组设计杂交马铃薯单倍型）”为题，于2025年1月23日在线发表于《自然》(Nature)。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08476-9。
在全球面积最大的100种作物中，55种作物是有性繁殖作物，包括水稻、玉米、小麦等；另外45种是无性繁殖作物，包括马铃薯、木薯、甘蔗等。有性繁殖作物育种速度快，无性繁殖作物育种速度慢、难以育成突破性的新品种。马铃薯是世界第一大无性繁殖作物，在120多个国家广泛种植并为超过13亿人提供主食。栽培马铃薯多为同源四倍体，遗传复杂，育种周期漫长，且种薯依靠薯块无性繁殖，易感染病虫害，运输和保存成本高。
为解决上述难题，黄三文团队联合国内外优势单位发起了“优薯计划”，提出以二倍体替代四倍体、以杂交种子替代薯块的策略，从根本上变革马铃薯的育种和繁殖方式。同时为了加速改良自交系，团队探索充分利用马铃薯种质资源的遗传多样性，构建杂交马铃薯理想单倍型，指导优良自交系的培育。
研究通过构建马铃薯分单倍型组装的图泛基因组，发现栽培马铃薯个体的单倍型差异约为105Mb（占基因组的15%），是野生马铃薯的1.5倍，表明驯化过程中栽培个体的两套单倍型差异更为显著。研究进一步揭示有害变异分布并非随机，而是呈现“簇状”聚集特征。分析发现马铃薯单倍型基因组中dSVs存在显著“破窗效应”，即相比另外一条单倍型（repulsion phase），dSVs的存在使其所在单倍型（coupling phase）附近聚集更多的dSNPs和dSVs。为进一步减少有害变异的影响，研究团队提出了理想单倍型（Ideal Potato Haplotypes, IPHs）育种策略，通过设计不同优良品系的基因型组合，指导自交系的精准育种。该策略旨在最大限度减少有害的dSVs和dSNPs数量，为高效培育马铃薯自交系提供了全新思路，将推动杂交马铃薯育种。
