马铃薯营养全面，是世界第三大主粮作物。推动马铃薯产业发展对保障国家粮食安全有着极其重要的意义。中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称“基因组所”）黄三文团队发起的“优薯计划”，旨在用二倍体杂交种代替同源四倍体，提高育种效率，缩短育种年限；并用种子替代种薯。

图1：杂合马铃薯RH

9月28日，国际权威学术期刊《自然·遗传学（Nature Genetics）》在线发表了“优薯计划”的最新研究成果。这篇题为“解析杂合二倍体马铃薯基因组”的论文，结合多种测序数据，首次完成了杂合二倍体马铃薯品系 RH 的全基因组序列，并解析出两套单体型。在此基础上，揭示了杂合马铃薯基因组内部等位基因的序列差异和表达调控差异，为研究二倍体马铃薯自交衰退分子机制和培育二倍体自交系提供了数据基础，也为其它杂合基因组的组装和分析提供了借鉴。

图2：杂合基因组内两条同源染色体比较分析

图3：杂合二倍体马铃薯基因组组装技术路线

研究团队结合多种测序数据，构建了杂合二倍体马铃薯基因组从头组装和分型的方案，利用 HiFi 高精度测序数据进行初始组装，得到高碱基准确性、高连续性的基因组草图。为了对测序材料进行分型，研究构建了自交群体，并开发出将测序read数量分布转换成基因型的方案，成功分型出两套单体型。最后结合遗传图谱和Hi-C数据，将两套单体型实现染色体水平组装。

对两套单体型进行比较分析发现，基因组内单体型间存在2.1%的序列多样性。研究预测了2万多个可能引起基因功能变化的有害突变，16.6%的等位基因存在表达差异，30.8%的等位基因存在甲基化差异，有害突变和优势表达基因在两套单体型中分布均匀。这表明通过传统杂交手段，利用重组剔除有害突变十分困难。此外，基于二倍体基因组序列，研究还打破两个有害等位基因（幼苗白化基因（ws1）和株型基因（pa1））的紧密连锁，这是培育优良自交系的进程中必须克服的困难。

图4：定位两个连锁的有害基因（ws1，pa1）

该研究构建了迄今最完整的杂合二倍体马铃薯基因组图谱，为研究马铃薯自交衰退分子机制和培育二倍体自交系的提供了数据基础。该研究开发的杂合基因组组装和利用自交群体进行单体型分型的方案，也为解决杂合基因组的组装和分析供了借鉴。

基因组所博士生周倩（现在深圳鹏城实验室工作）和唐蝶为该文共同第一作者，黄三文为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程、深圳市科技创新项目等资助。

见习编辑 连博