本报采访人员何丽萍
由中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文等人发起的“优薯工程”再次取得新进展 。7月6日，国际学术期刊《自然-通讯》 (NatureCommunications)发表了由云南师范大学尚义、李灿辉、黄三文合作研究的题为“一个非S-基因座f-box基因打破了废弃马铃薯的自交亲和性”的论文，报道了马铃薯自交亲和性基因Sli(S-基因座抑制剂)的克隆和功能分析 。
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100多年来，马铃薯的基础研究和产业发展主要集中在“四重运动种薯繁殖”体系上 。生产中常用的四倍体品种存在遗传背景窄、染色体杂合度高、自交衰退严重、杂交后代分离复杂等缺点 。这使得常规四倍体运动品种很难且周期长 。
但二倍体马铃薯种质资源丰富，遗传分析相对简单 。水稻、玉米等二倍体作物中成熟的育种理论和工具可直接应用于二倍体马铃薯育种 。因此，构建遗传物质丰富的“二倍体杂交育种-种子繁殖”体系是马铃薯育种的新发展趋势，被誉为马铃薯科研的“皇冠上的明珠” 。
然而，赢得这颗珍珠并不容易 。绝大多数二倍体马铃薯都是自交不亲和的，因此迫切需要通过构建“二倍体杂交育种-种子繁殖”体系来解决二倍体材料的自交不亲和问题 。
研究团队提到，马铃薯自交不亲和性受高多态性S基因座控制 。S基因座主要包括两个紧密连锁的基因，即花柱特异表达的S-RNase基因和花粉特异表达的SLF(S-基因座F-box)基因 。
S-RNase蛋白具有核酸酶活性 。在花粉管伸长阶段，高浓度的S-RNase蛋白从柱头进入花粉管，特异性降解自身花粉管的rRNA，抑制花粉管的进一步伸长，达到排斥自身花粉的目的 。花粉中的SLF蛋白可以与ASK1和CULLIN蛋白结合形成E3泛素复合物，介导外源S-RNase的降解，导致杂交亲和性 。但SLF不能介导S-RNase的降解，S-RNase继续发挥“细胞毒素”的作用，抑制其花粉管的伸长，导致自交不亲和 。
研究团队将S-RNase基因和SLF基因比作“锁”和“钥匙”的关系 。他们认为，要克服自交不亲和，可以直接打破锁，或者找一把“万能钥匙”打开所有类型的锁 。
在之前的研究中，黄三文团队利用基因组编辑技术敲除S-RNase基因，筛选S-RNase的天然突变体，获得自交亲和材料，相当于“打破锁” 。在这项最新研究中，研究小组发现了一种“万能钥匙”Sli基因 。
值得一提的是，早在1998年，日本和美国的科学家就首次报道了Sli基因，但这一基因至今没有被克隆出来，原因之一就是很难评价这一性状的表型 。通过基因组学分析，黄三文团队发现，只有含有Sli基因的花粉才能在自交时完成双受精，因此在自交群体中会发生配子体分离，并巧妙地利用这一遗传现象完成了Sli基因克隆，无需表型评价 。
该基因编码一类在花粉中特异表达的F-box蛋白 。与传统的SLF蛋白只能与1-2种S-RNase蛋白相互作用不同，Sli可以与10多种S-RNase相互作用，从而介导广泛的自身相容性 。
值得一提的是，《自然-通讯》报道了荷兰马铃薯育种公司Solynta与“背靠背”
dex="0">瓦赫宁根大学Christian Bachem团队合作从一份野生自交亲和马铃薯材料（Solanum chacoense Bitt.）中克隆Sli基因的工作，进一步显示了该基因对于马铃薯基础研究和遗传改良的重要意义 。
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【农业技术经济期刊,投资与创业期刊官网】另外，就在半个月前的6月24日，顶级学术期刊《细胞》（Cell）在线发表了黄三文等人完成的一项研究，题为“Genome design of hybrid potato（杂交马铃薯的基因组设计）” 。该论文报道了研究团队在杂交马铃薯育种领域的研究成果，这是“优薯计划”实施以来取得的里程碑式突破 。
基因组所研究员张春芝当时对澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访人员在内的媒体介绍道，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胡萝卜素含量的特点，蒸煮品质佳 。
去年的11月8日，“优薯计划”团队还得到了袁隆平院士的指导 。袁隆平院士当时对马铃薯杂交种子繁殖技术给予了高度评价，认为用杂交种子替代薯块繁殖，可有效解决马铃薯重大产业难题 。袁隆平院士还专门为“优薯计划”题词：“马铃薯杂交种子繁殖技术是颠覆性创新，将带来马铃薯的绿色革命” 。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24266-7
责任编辑：李跃群