在肯德基和麦当劳吃的薯条都来自120年前育成的马铃薯品种，马铃薯对全球粮食安全有重要意义，然而，经过120余年的发展，马铃薯仍面临着品种更新慢、易受病虫害威胁、储运成本高等问题。
　　近日，顶尖学术期刊《细胞》报道了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队的最新研究成果，题为“Phylogenomic discovery of deleterious mutations facilitates hybrid potato breeding（利用进化基因组学鉴定有害突变进而指导杂交马铃薯育种）”。该研究发明了一种新的“进化透镜”技术，给育种家一双“火眼金睛”，及早发现了阻碍马铃薯育种的基因组“暗礁”（科学家称之为“有害突变”），绘制了首个包含基因型维度及有害程度维度的马铃薯有害突变二维图谱，能够避免育种“走错路”，让大家能够更快吃上更优质的高产土豆。成果标志着我国马铃薯育种已经领先全球，率先进入了基因组设计育种新时代，为下一步指导自交系育种起始材料选择及品种改良提供了新依据。
　　这一技术最核心的理论，要从达尔文的进化论说起。
　　如今地球上多种多样的物种是经历了亿万年的进化而形成的，在进化过程中物种的基因组并不是一成不变的。但是，一些具有重要功能的位点是不会改变的，对物种的生存极为重要。研究人员称这一现象为进化约束（evolutionary constraint），把这些位点称为进化保守位点，找到这些高度保守的位点是马铃薯育种的关键。
　　为此，研究团队收集了大量茄科物种资源，完成了38个茄科基因组的组装，并利用大数据技术，将100个茄科物种的基因组进行比较，最终开发出新的进化透镜技术，又称之为“历史透镜（最长横跨8000万年进化历史，累计达12亿年）”，快速、有效地鉴定并定量进化保守位点。
　　该团队利用该技术鉴定出17M高度保守的位点，其中36%位于先前没有被功能注释的非编码区域。这些位点如果这些位点发生了突变，有可能对马铃薯造成繁殖力下降、生活力降低、产量减少等不良影响（研究人员称为有害突变）。有了图谱，马铃薯育种家就可以精确剔除马铃薯中有害突变，筛选好的育种材料，预测马铃薯产量等表型。
　　根据进化透镜解析马铃薯的有害突变二维图谱，科学家们发现传统育种过程中，使用生长更加健壮的马铃薯作为自交系的起始材料的做法可能会南辕北辙，可能会导致在选育过程中子代从父母本中获得更多有害突变反而不利于马铃薯的自交系构建。相反，生长较弱的马铃薯遗传给子代的有害突变更少，后期的自交育种成功率更大。这个结果不仅颠覆了以往的认知，而且还能够提早2-3年预测马铃薯的自交系育种结果，从而快速创建更多优良马铃薯自交系。
　　研究人员利用该图谱还开发了一个新的预测模型，科学家可以利用它解读马铃薯的基因，只需要苗期的DNA，就可以提前预测马铃薯育种材料的产量、株高、薯块等性状，更好地帮助育种家制定早期育种决策，缩短马铃薯育种周期，让广大人民群众更快地享受到更好的马铃薯品种。
　　中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌指出，这项研究创新性地应用了整个茄科的比较基因组学与进化生物学来指导马铃薯育种，思路新颖，引领了世界马铃薯遗传育种研究，对我国种业技术创新具有重要意义。
　　据了解，传统栽培马铃薯是同源四倍体，基因组复杂，导致马铃薯改良的进程非常缓慢。例如，具有121年历史的“Russet Burbank”品种至今仍是市场上的主栽品种。但该品种容易感染晚疫病、枯萎病等多种常见的病害，导致种植过程中需要药物参与。同时目前马铃薯的种植方式是使用薯块进行种植，薯块易携带病虫害，并且运输及储存成本高。
　　为了解决马铃薯产业面临的难题，黄三文研究员联合国内外优势单位发起了“优薯计划”，近年来已陆续取得多种成果。尽管如此，马铃薯基因组中存在的有害突变仍然是个大问题。本研究利用进化基因组学，开创了进化透镜鉴定有害突变的新技术，提出了高度纯合自交系起始材料反直觉选择的新依据，开发了全基因组预测农艺性状的新策略，标志着我国在马铃薯育种理论和技术上站在了世界领先地位。
□王硕 高志民
　　土豆是人们饮食上常见的一种蔬菜，南北通吃。