Nature解码马铃薯基因组：小基因库与大差异

一个研究小组已经解码了历史马铃薯品种的基因组，并利用这一资源开发了一种有效的方法来分析数百个额外的马铃薯基因组。

土豆是13亿多人的主食。但是，尽管它们对全球粮食安全很重要，但繁殖方面的成功并不多。一些最受欢迎的马铃薯品种是几十年前培育的。这种有限成功的原因是马铃薯的复杂基因组：每个细胞中有四个基因组副本，而不是只有两个。这对传统的杂交育种提出了挑战。科尔比尼安·施尼伯格教授是LMU和马克斯·普朗克植物育种研究所基因组可塑性和计算遗传学研究小组的负责人，他领导的研究小组现在取得了重要突破。正如研究人员在著名的《自然》杂志上报告的那样，他们能够重建10个历史悠久的马铃薯品种的基因组。然后，他们利用这些知识开发了一种方法，使进一步重建马铃薯基因组变得更加容易和快速。

该研究小组与来自瓦赫宁根大学、位于格罗斯莱尔塞维茨的莱布尼茨植物遗传学和作物研究所（IPK）以及中国西安交通大学的研究人员合作，选择了历史悠久的品种，其中一些品种在18世纪就已经种植了。施尼伯格说：“由于这些土豆来自欧洲育种计划开始的时期，我们想弄清楚这些土豆中存在多少多样性，以便了解我们的土豆的遗传潜力。”答案是：不是很多。马铃薯的基因库极其有限。这十个马铃薯品种覆盖了所有现代欧洲马铃薯基因变异的85%左右。

从南美引进后的瓶颈效应

研究人员将他们的发现归因于瓶颈效应。马铃薯是从16世纪以后从南美进口的。不同个体的数量很少，而且大多数人无法适应欧洲的环境。这种减少的基因库随后又因疾病而进一步减少。最著名的例子是19世纪40年代马铃薯晚疫病的爆发，它导致了收成的崩溃，并导致了灾难性的饥荒，最明显的是在爱尔兰，但在欧洲其他地区也是如此。

与此同时，研究人员惊讶地发现，个体染色体拷贝之间的差异可能是巨大的。“因为基因库是如此有限，没有很多不同的染色体，但当染色体确实不同时，它们的分歧程度在驯化植物中从未观察到过，”施尼伯格解释说。“这种差异大约是人类的20倍。”这些差异大概是在马铃薯到达欧洲之前产生的。南美洲的土著居民大约在1万年前开始驯化土豆，这种差异很可能是野生物种杂交的结果。

最后，研究人员开发了一种新方法，可用于分析在欧盟注册的约2000种马铃薯的基因组。不需要费力地生成重建基因组所需的数据，而是将生成的数据与当前已知的基因组进行比较，以确定在一个品种中存在哪些已知染色体。研究人员表明，他们的方法适用于Russet Burbank品种，该品种自1908年以来一直存在，至今仍是炸薯条的标准品种。Schneeberger说：“基因组序列的知识构成了许多植物育种方法的基础，从传统育种到最新的基因组工程方法。”“未来，我们将不再需要在没有这些信息的情况下工作。”

The phased pan-genome of tetraploid European potato