3月7日馬鈴薯基因組為未來(lái)糧食安全打開了大門

在人類基因組首次發(fā)布 20 多年后，慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學(xué)和科隆馬克斯普朗克植物育種研究所的科學(xué)家們首次破譯了馬鈴薯高度復(fù)雜的基因組。這項(xiàng)技術(shù)要求很高的研究為加速培育更健壯的品種奠定了生物技術(shù)基礎(chǔ)——這是植物育種多年的目標(biāo)，也是全球糧食安全的重要一步。

今天在市場(chǎng)上購(gòu)買土豆時(shí)，買家很可能會(huì)帶著 100 多年前已經(jīng)有的品種回家。傳統(tǒng)的馬鈴薯品種很受歡迎。然而，這個(gè)例子也凸顯了主要馬鈴薯品種缺乏多樣性。然而，這種情況很快就會(huì)改變：遺傳學(xué)家 Korbinian Schneeberger 小組的研究人員能夠生成第一個(gè)完整的馬鈴薯基因組組裝體。這為培育新的健壯品種鋪平了道路：

“馬鈴薯正越來(lái)越成為全世界飲食中不可或缺的一部分，甚至包括中國(guó)等以大米為傳統(tǒng)主食的亞洲國(guó)家。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，我們現(xiàn)在可以對(duì)新的馬鈴薯品種進(jìn)行基因組輔助育種，這些品種將更具生產(chǎn)力并能抵抗氣候變化——這可能對(duì)未來(lái)幾十年的糧食安全產(chǎn)生巨大影響。”

尤其是低多樣性使馬鈴薯植物容易感染疾病。這可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，尤其是在 1840 年代的愛爾蘭饑荒期間，幾年來(lái)幾乎整個(gè)馬鈴薯作物都在地下腐爛，歐洲數(shù)百萬(wàn)人遭受饑餓，僅僅是因?yàn)榉N植的單一品種沒有抗藥性對(duì)新出現(xiàn)的塊莖枯萎病。在 1950 年代和 1960 年代的綠色革命期間，科學(xué)家和植物育種者成功地大幅提高了我們?cè)S多主要農(nóng)作物(如水稻或小麥)的產(chǎn)量。然而，馬鈴薯并沒有看到類似的增長(zhǎng)，并且培育具有更高產(chǎn)量的新品種的努力直到今天仍然基本上沒有成功。

原因很簡(jiǎn)單，但事實(shí)證明很難解決——馬鈴薯不是從父親和母親(如人類)那里繼承每條染色體的一個(gè)拷貝，而是從每個(gè)父母那里繼承每條染色體的兩個(gè)拷貝，使它們成為一個(gè)物種每個(gè)染色體有四個(gè)拷貝(四倍體)。每條染色體的四個(gè)拷貝也意味著每個(gè)基因的四個(gè)拷貝，這使得產(chǎn)生具有所需個(gè)體特性組合的新品種變得極具挑戰(zhàn)性和耗時(shí);更重要的是，每條染色體的多個(gè)拷貝也使馬鈴薯基因組的重建成為比人類基因組更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

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