“優(yōu)薯計(jì)劃”科研團(tuán)隊(duì)（第一排左四為黃三文，左三為張春芝）。

在美食界，馬鈴薯是一種“百變”的存在，從薯片、薯?xiàng)l、薯泥，在煎炒燜燉炸之中游刃有余地展示自己的風(fēng)味。在農(nóng)作物界，馬鈴薯是一種“神奇”的存在，它是唯一躋身四大糧食作物（小麥、稻谷、玉米和馬鈴薯）的跨界蔬菜；也是最“桀驁不馴”的農(nóng)作物之一，人類(lèi)栽培、食用了7000余年，仍無(wú)法馴化它。

不過(guò)，未來(lái)馬鈴薯的種植方式可能發(fā)生翻天覆地的變化，將從種“薯塊”到播“種子”。

8月13日，在《自然》（《Nature》）子刊《自然·植物》（《Nature Plants》）雜志上在線發(fā)表了由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組所黃三文研究團(tuán)隊(duì)利用基因組編輯技術(shù)克服馬鈴薯自交不親和的研究成果，這是“優(yōu)薯計(jì)劃”2017年立項(xiàng)實(shí)施以來(lái)發(fā)表的首篇重要研究論文。

昨日，記者采訪了這篇論文的共同通訊作者——深圳農(nóng)業(yè)基因組所所長(zhǎng)、研究院黃三文和張春芝博士，深圳已成為“優(yōu)薯計(jì)劃”的基礎(chǔ)研究支撐，未來(lái)中國(guó)科學(xué)家還將在馬鈴薯繁育、馴化上走得更遠(yuǎn)。

中國(guó)科學(xué)家牽頭描繪馬鈴薯基因圖譜

馬鈴薯的食用方式雖然多種多樣，可種植方式卻一如最初。依靠塊莖種植的馬鈴薯是四倍體，也就是成體細(xì)胞中含有的染色體是最小染色體組數(shù)的四倍。四倍體遺傳非常復(fù)雜，導(dǎo)致馬鈴薯育種周期長(zhǎng)，很多100多年前培育出的品種仍然在廣泛種植。另外，種植一畝馬鈴薯需要100到200公斤的薯塊，造成馬鈴薯具有儲(chǔ)運(yùn)成本高、易攜帶病蟲(chóng)害等缺陷。

如何突破？馬鈴薯聚集了世界科學(xué)界的目光。2005年，中國(guó)參與的第一個(gè)蔬菜基因組國(guó)際計(jì)劃就是由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)發(fā)起的國(guó)際馬鈴薯基因組計(jì)劃，黃三文正是中方首席科學(xué)家負(fù)責(zé)項(xiàng)目的組織和執(zhí)行。

同時(shí)，黃三文還肩負(fù)著黃瓜等國(guó)際基因組計(jì)劃。2007年，國(guó)際黃瓜基因組計(jì)劃取得重大突破，其研究成果在2009年11月的《自然·遺傳學(xué)》（《Nature Genetics》）上作為封面文章發(fā)表，這是第一個(gè)蔬菜作物全基因組分析論文，也是中國(guó)園藝界第一次在高影響因子的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文。

另一邊廂，截至2008年上半年，馬鈴薯基因組計(jì)劃仍然進(jìn)展緩慢。黃三文另辟蹊徑，采用單倍體材料、全基因組鳥(niǎo)槍法策略和新一代DNA測(cè)序技術(shù)，在2009年初完成了單倍體馬鈴薯全基因組序列圖的繪制，并初步闡明了馬鈴薯自交衰退的基因組學(xué)機(jī)理并發(fā)現(xiàn)一批與馬鈴薯塊莖發(fā)育相關(guān)的基因。在2009年3月愛(ài)爾蘭會(huì)議上，世界各國(guó)科學(xué)家決定把所有資源集中在中國(guó)組織的單倍體馬鈴薯測(cè)序計(jì)劃上來(lái)。2011年7月，《自然》以封面論文發(fā)表了馬鈴薯基因組分析的成果，還被兩院院士評(píng)為2011年度“世界十大科技進(jìn)展新聞”。

馴化馬鈴薯的第一步從“自交”開(kāi)始

科學(xué)家并不滿足于此，更重要的還要突破馬鈴薯育種和繁殖方式。在國(guó)家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，黃三文聯(lián)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)單位發(fā)起了“優(yōu)薯計(jì)劃”，用二倍體替代四倍體，并用雜交種子替代薯塊，用基因組學(xué)和合成生物學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的“綠色革命”。2017年，“優(yōu)薯計(jì)劃”正式啟動(dòng)，并由深圳基因組所和云南師范大學(xué)共同承擔(dān)，深圳主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)研究，云南負(fù)責(zé)育種。

“馬鈴薯跟番茄其實(shí)是同科同屬。”張春芝告訴記者，這兩種植物都是茄科茄屬的“姐妹”，基因相似度超過(guò)90%。“野生番茄自交也是沒(méi)有種子的，現(xiàn)在切開(kāi)番茄肉眼可見(jiàn)一粒粒種子都是人工馴化的結(jié)果。”張春芝表示，現(xiàn)在人們可以通過(guò)雜交獲得馬鈴薯的種子，但這樣所得到的種子培育出來(lái)的馬鈴薯只能用薯塊進(jìn)行繁殖，如果用種子繁殖的話，后代分離會(huì)非常大，商品性差。如果想獲得生長(zhǎng)一致的種子，第一步就是要培育出優(yōu)良的自交系，然后通過(guò)自交系之間相互雜交培育出新品種。

可這第一步“自交”，對(duì)于馬鈴薯來(lái)說(shuō)就是一道此前無(wú)法逾越的障礙。張春芝說(shuō)，二倍體馬鈴薯普遍存在自交不親和的現(xiàn)象，自己的花粉授到自己的柱頭上，無(wú)法產(chǎn)生種子。此前已有外國(guó)科學(xué)家利用來(lái)自野生馬鈴薯中的自交不親和抑制基因Sli突破這一障礙，但卻帶來(lái)匍匐莖過(guò)長(zhǎng)、龍葵素（馬鈴薯中含有的一種有毒生物堿）含量過(guò)高等問(wèn)題。

而黃三文團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新利用基因組編輯技術(shù)解決了這些問(wèn)題。研究結(jié)果顯示，馬鈴薯的自交不親和是由核糖核酸酶基因S-RNase控制的。研究人員通過(guò)拼接獲得了該基因的全長(zhǎng)序列，并利用基因組編輯技術(shù)對(duì)此基因進(jìn)行了定點(diǎn)突變，獲得了自交親和的二倍體馬鈴薯，并通過(guò)自交獲得了不含有任何外源片段但是自交親和的馬鈴薯新材料，可以直接應(yīng)用于育種。

據(jù)了解，這是“優(yōu)薯計(jì)劃”發(fā)布的首個(gè)科研成果，“當(dāng)馬鈴薯完全利用種子種植時(shí)，只需要2克的種子就能種出一畝馬鈴薯。”張春芝表示，“優(yōu)薯計(jì)劃”將會(huì)徹底顛覆馬鈴薯的生產(chǎn)方式，接下來(lái)還將發(fā)布多個(gè)科研成果。

深圳商報(bào)記者 張妍

通訊員 孟麗君