研究核心观点 - 中国科研团队在《自然》期刊发表论文，为解决马铃薯抗病性全球性难题提供了新方案，包括构建最大抗病基因资源库和提出新型育种策略 [1] - 研究成功克隆出3个新型抗晚疫病基因，并开发出“插件式”抗病育种新策略，为快速培育广谱抗病品种提供全新思路 [1][2] 研究成果与发现 - 研究团队从头组装了7个高抗晚疫病的野生马铃薯基因组，并结合45个已发表的基因组数据 [1] - 打造出包含近4万个抗病相关基因的“马铃薯NLR免疫基因库”，这是目前植物界规模最大、最完整的抗病基因资源库 [1] - 成功克隆出3个新型抗晚疫病基因，如Rpi-brk1能携带重金属结合域直接识别病原菌效应蛋白实现精准打击 [2] 技术策略与应用前景 - 提出了“结构域插件”育种策略，操作类似于为手机安装新功能模块，即插即用便捷高效 [2] - 该基因设计思路为快速培育广谱抗病品种提供了全新思路 [2] - 随着基因编辑技术发展，这种策略有望成为作物抗病育种的重要工具，为应对农作物重大病害和保障全球粮食安全提供科技支撑 [2] 行业背景与挑战 - 马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，但特别怕生病，科研人员急需找到新型抗病基因 [1] - 马铃薯育种方式一直依赖遗传背景极其复杂的四倍体品种，将优良抗病基因组合难度极大 [1] - 中国农科院联合国内外优势单位发起“优薯计划”育种革命，旨在彻底打破育种瓶颈 [1]

本文图片均由中国农科院深圳农业基因研究所提供 餐桌上，马铃薯似乎只是再平常不过的一道食材。然而，在科学家眼中，马铃薯的来历是一段跨越千万 年的故事。日前，中国农业科学院深圳农业基因组研究所首次揭示了马铃薯组的杂交起源、薯块形成和 辐射分化。 研究发现，马铃薯组起源于900万年前番茄组和类马铃薯组的一次古杂交事件，杂交产生了新器官（薯 块）。该研究是"优薯计划"的又一重大突破，为马铃薯遗传育种提供了全新的理论视角。 突破马铃薯育种难题 "马铃薯是全球13亿人的主食之一，也是重要的无性繁殖作物。"中国农业科学院深圳农业基因组研究所 研究员黄三文介绍。作为无性繁殖的代表作物，马铃薯拥有高度杂合的基因组和自交不亲和的特性，这 让它在育种过程中常常陷入困境：遗传分析复杂，难以突破新品种选育。 杂交事件驱动马铃薯的薯块形成与演化。 答案在进化基因组学和分子生物学的交叉中浮现：900万年前，一次发生在番茄组与类马铃薯组之间的 远古杂交，诞生了马铃薯组。按照质体基因组的亲缘关系，番茄为母本，类马铃薯为父本。这是一场跨 属的"基因联姻"，而且结下了一个演化史上罕见的果实——新器官"薯块"。 "薯块"带来生存优势 基于此，研究团 ...

马铃薯育种研究突破 - 中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队联合中外科研人员揭示马铃薯物种起源、多样性形成和遗传机制 马铃薯组起源于900万年前番茄组和类马铃薯组的一次古杂交事件 杂交产生了新器官薯块 [1] - 该研究是"优薯计划"的又一突破 "优薯计划"旨在运用基因组设计育种手段 将马铃薯从传统的薯块无性繁殖方式转变为种子有性繁殖方式 [1] - "优薯计划"将显著提升生产效率 马铃薯种植从原先每亩地需要200公斤种薯减至仅需2克种子 [1]

研究背景与意义 - 马铃薯是全球第三大主粮作物 起源于约900万年前番茄组和类马铃薯组的古老杂交事件 杂交催生了新器官薯块并引发物种爆发式辐射分化 [1] - 该研究由黄三文团队联合中外科研团队完成 成果发表于《细胞》期刊 是"优薯计划"的重大突破 为马铃薯遗传育种提供全新理论视角 [1] 物种起源与关系 - 马铃薯组包含栽培马铃薯和107个野生种 番茄组包含栽培番茄和16个野生种 类马铃薯组包含3个野生种 三者属于姊妹类群 [2] - 分子进化学分析显示番茄和马铃薯亲缘关系更近 但类马铃薯与马铃薯形态更相似 三者关系长期成谜 [2] - 研究通过分析101份马铃薯组 15份番茄组 9份类马铃薯组及19份其他茄科物种基因组数据 发现马铃薯遗传贡献比例约为番茄40% 类马铃薯60% [3] 杂交时间线与机制 - 类马铃薯和番茄约在1400万年前开始分化 分化约500万年后发生杂交 于900万年前形成最早带薯块的马铃薯植株 [3] - 马铃薯母本为番茄 父本为类马铃薯 野生种与亲本存在显著杂交障碍 通过等位基因重组筛选产生新器官薯块 [3] 薯块形成遗传基础 - 薯块形成是亲本等位基因重新组合和交互调控的结果 控制薯块形成的"主开关"基因SP6A来源于番茄组 [4] - 调控地下茎生长的关键基因IT1继承自类马铃薯 新发现薯块功能相关基因DRN和CLF分别来源于番茄组和类马铃薯组 缺少任一基因都会影响薯块发育 [5] 遗传多样性与环境适应 - 马铃薯组内物种约24%遗传组分随机固定不同亲本等位基因 呈现亲本镶嵌的"马赛克式"模式 [6] - 这种遗传组合像"智能筛子" 能从宝库中筛选最佳基因组合 使马铃薯适应从温带草原到高寒高山草甸的多种生态环境 [6] 进化优势与分化 - 薯块赋予马铃薯地下生存优势 可储存水分和淀粉帮助度过干旱寒冷季节 无需种子或授粉即可通过薯块芽直接繁殖 [6] - 薯块与双亲遗传宝库使马铃薯在安第斯山脉快速隆升期获得巨大优势 加速爆发式辐射分化 表现出超强杂种优势和超级环境适应性 [6] 研究价值 - 首次发现马铃薯同倍体杂交物种形成 证明新器官薯块形成源于不同亲本等位基因重新组合 为理解杂交在物种形成过程中的关键作用提供新范式 [7]