近日，英国365集团公司练群教授与中国农业科学院深圳农业基因组研究所张春芝研究员等合作，在马铃薯单倍体诱导及二倍体杂交育种研究方面取得新进展。相关研究成果以 “Characterizing the genomic consequence of diploid-to-haploid induction in potato using large-scale whole-genome sequencing” 为题发表在国际植物学期刊 The Plant Journal。该研究利用大规模全基因组测序数据，系统解析了马铃薯二倍体到单倍体诱导过程中的基因组变化规律和特征，为马铃薯倍性育种技术的安全、高效应用提供了重要理论依据。

　　马铃薯是全球重要的粮食作物，但传统种植马铃薯多为四倍体，遗传背景复杂，育种周期长、选择效率低。近年来，构建基于二倍体自交系的杂交育种体系（如“优薯计划”）被视为提升马铃薯遗传改良效率的重要方向。其中，单倍体诱导技术能够快速获得单倍体材料，并通过染色体加倍形成高度纯合的二倍体自交系，是推动二倍体马铃薯杂交育种的重要技术环节。然而，单倍体诱导过程中是否会产生染色体异常、是否会引入诱导系来源的基因组片段、是否会增加新发突变负担等问题，长期以来仍缺乏系统研究。

　　图1 马铃薯二倍体到单倍体诱导及可能基因组后果示意图

　　针对上述问题，研究团队以二倍体马铃薯材料 YS1（优薯1号）为母本、单倍体诱导系 PL4 为父本，构建了包含 779 个单倍体后代的大规模群体，并对全部单倍体后代开展全基因组重测序分析。在此基础上，系统评估了单倍体诱导过程中非整倍体发生频率、新生突变发生率及诱导系片段向后代渐渗的频率。

　　研究发现，在该二倍体到单倍体诱导体系中，非整倍体现象的发生率极低，未检测到携带完整额外染色体的单倍体后代，仅发现1个样本存在局部染色体片段异常。进一步分析表明，该异常片段来源于单倍体诱导系父本材料 PL4，为马铃薯单倍体形成过程中“受精后诱导系基因组清除”机制提供了基因组证据。

　　此外，研究系统评估了单倍体诱导过程中产生的新发突变负担。结果显示，单倍体后代中新发突变数量较少，平均每个个体约 4.69 个新发突变 SNP，新发突变率与其他植物中已报道水平相近，说明该诱导体系并未引入明显的额外突变风险。

　　针对单倍体诱导研究中长期关注的“诱导系基因组是否会渗入后代”问题，研究团队仅在3个样本中检测并验证到2个高可信诱导系来源片段，表明诱导系片段渗入确实存在，但在本研究体系中发生频率极低。相关结果也提示，在实际育种应用中，应对不同诱导系及其潜在基因组渗入风险进行评估。

　　图2 诱导系 PL4 来源基因组片段的检测与 Sanger 测序验证

研究意义

　　该研究全面揭示了马铃薯二倍体到单倍体诱导过程中的基因组变化规律和特征。总体来看，该诱导体系表现出较低的非整倍体发生率和极低频率的诱导系片段渗入，说明二倍体到单倍体诱导总体上具有较好的基因组稳定性。研究结果为优化马铃薯单倍体诱导体系、加速马铃薯倍性育种技术体系的建设和应用提供了重要参考。

　　作者与资助信息

　　英国365集团公司教授练群和中国农业科学院深圳农业基因组研究所硕士研究生胡晓静为论文共同第一作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所张春芝研究员为论文通讯作者。本研究得到了英国365集团公司张忠华教授、徐奎鹏副教授，山东省农业科学院蔬菜研究所董道峰研究员、杨晓慧副研究员，云南省农业科学院王培博士以及德国马克思-普朗克图宾根生物所鲍志贵博士的重要指导。感谢国际马铃薯中心亚太分中心提供的诱导系材料。本项目受到了山东省重点研发计划（农业良种工程）、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者青年专家项目及中国农业科学院科技创新工程等项目的资金支持。

　　全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70955