责编 | 王一
2022年3月3日，来自德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克植物育种研究所 （科隆） 的研究团队在Nature Genetics发表了题为Chromosome-scale and haplotype-resolved genome assembly of a tetraploid potato cultivar的研究论文，首次破译了高度复杂的四倍体马铃薯基因组，有望快速推进马铃薯优良品种的选育进程。
课题负责人Korbinian Schneeberger 教授对该研究在马铃薯育种方面所展现的巨大应用潜力兴奋不已：“在全世界，包括中国等以大米、小麦为传统主食的亚洲国家，马铃薯正逐渐成为老百姓饮食中不可或缺的一部分。在这项工作的基础上，我们可以依据基因组信息来定向改造马铃薯，从而选育具高产、抵抗气候变化等特性于一身的马铃薯新品种——这将对未来几十年的粮食安全产生巨大影响。”
插图说明：马铃薯（背景为盛花期的马铃薯植株；图片版权归Ulrich Pollmann所有, 2022）。在发现马铃薯块茎可食用之前，欧洲人民把它作为观赏植物种植。其花粉通常通过蜜蜂采集并用于授粉。本研究正是以分析花粉细胞基因组信息为切入点，首次重建了四倍体马铃薯的单倍型基因组完整图谱。
逛一逛超市，我们会惊讶地发现如今所能买到的马铃薯品种几乎都有100多年历史了。显然，这些“古老的”马铃薯品种受到了大家持续的喜爱，但也凸显出主要马铃薯品种缺乏遗传多样性的问题，而这种匮乏很可能造成灾难性后果。回顾历史，发生于19世纪40年代的爱尔兰大饥荒仍然令人惶惶不安。在长达近7年时间里，作为主食的马铃薯大量腐烂，致使数百万人遭受饥饿，近百万人死亡，而这饿殍遍野的悲惨景象正是由种植品种过于单一且对当时出现的晚疫病没有任何抵抗力造成的。在20世纪50年代和60年代的绿色革命期间，科学家和植物育种家大幅提高了主要农作物的产量，其中包含水稻、小麦等。然而，马铃薯的产量并没有实现同水平的增长；时至今日，尽管尝试不断，马铃薯育种仍没取得显著成效。
马铃薯育种面对着非常明确但难以攻克的挑战：与 （人类） 从父本和母本各自继承一套染色体不同，马铃薯分别从每个亲本继承两套染色体，形成每条染色体有四个拷贝的 （同源） 四倍体物种。这意味着每个基因也有四个拷贝，协同影响着作物性状，这正是整合多个优异性状到同一品种的耗时和挑战性所在。
全面深入认识基因组DNA序列对作物育种有重大指导意义。因此，重建栽培种马铃薯基因组多年来一直是科学家和植物育种家的志向所在。然而，每条染色体拥有多条 （相似但不同） 拷贝给其基因组的重建带来比人类基因组更高难度的挑战。
同源四倍体马铃薯基因组
Schneeberger 教授课题组成员设计了一种非常简单但又构思巧妙的方法解决了这个由来已久的难题，重建了几乎拥有完美定相精度 （99.6%） 的马铃薯单倍型基因组。该方法没有以直接鉴别四条 （序列高度相似的） 染色体为出发点，而是绕过这个问题，利用单细胞测序技术获取并分析了近千个花粉细胞基因组信息，进而通过遗传作图，实现了单倍型染色体序列定相。与体细胞不同，马铃薯花粉细胞每条染色体只对应随机组合的两个拷贝。这显著降低了染色体单倍型定相问题的复杂性，也是科学家们能够顺利完成四倍体马铃薯基因组重建的关键。如今，掌握了基因组信息，科学家们可以更容易地鉴定有益（或不利）性状的候选基因，为马铃薯基因组辅助育种奠定重要基础。
该研究由Schneeberger 教授课题组孙贺全博士 牵头完成，与焦文标博士 （现为华中农业大学教授） 为论文共同第一作者。Schneeberger教授为研究的顺利开展提供了综合指导和充分支持，为论文通讯作者。马克斯·普朗克测序中心 （科隆） 和马克斯·普朗克衰老生物学研究所的部分人员也参与了该项研究。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41588-022-01015-0
附招聘信息：
一、Korbinian Schneeberger 教授课题组现提供为期3年的博士后职位 （可根据课题进展适当延期） 。基本要求：生物信息学或者计算生物学博士学位；丰富的二、三代DNA测序数据分析经验；至少精通一种 （脚本） 程序语言，例如Python/C/C++；英语口语和书面写作能力较高。薪资：遵循德国TVöD工资标准。工作语言：英语。工作地点：德国科隆马克斯·普朗克植物育种研究所。有植物生物学和单细胞组学研究经验者将优先考虑。有意者请发送简历至：schneeberger@mpipz.mpg.de。申请截止日期：4月30日。
更多详情请查阅：
https://jobs.mpipz.mpg.de/jobposting/70297f67322ead4eb3cb8723fbfc9ea90f083294
二、焦文标教授课题组依托华中农业大学信息学院和园艺植物生物学教育部重点实验室，现诚聘有生物信息学、生物学、计算机科学、数学等学科背景的博士后1-2名。同时，欢迎对基因组学研究感兴趣的同学联系读博读研。具体信息咨询请联系：
jiao@mail.hzau.edu.cn
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