Nature Plants | “一箭三雕”！基因组所张春芝课题组通过单倍体育种创制自交不亲和杂交马铃薯

2026年2月17日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）张春芝课题组在Nature Plants在线发表了题为“Generating Self-incompatible Hybrid Potatoes through Haploid Breeding” 的研究论文。该研究通过单倍体育种技术成功培育出自交不亲和的二倍体马铃薯纯合系与杂交种，破解了马铃薯杂交制种成本高、地下薯块与地上果实竞争养分的核心难题，并显著缩短育种周期。

马铃薯是最重要的块茎类粮菜兼用作物。由于四倍体基因组的遗传复杂性，马铃薯的遗传增益一直受限。近年来，杂交马铃薯育种，即将马铃薯从四倍体无性繁殖作物改变为二倍体种子繁殖作物，已成为育种新方向。研究团队前期通过克服自交不亲和，培育了基因组高度纯合的自交系和杂种优势显著的杂交种（Nature Plants, 2018; Nature Genetics, 2019; Cell, 2021），证明了杂交马铃薯育种的可行性。然而，克服自交不亲和后也带来了新的挑战，自交亲和的亲本在杂交制种过程中需要人工去雄，成本很高，而且杂交种地上部分天然结实过多，导致地上部果实与地下部薯块竞争光合作用产物，降低了收获时的薯块产量。

针对上述问题，研究团队提出了一种通过单倍体育种快速培育自交不亲和二倍体纯系和杂交种的策略。马铃薯基因组中含有大量有害突变，直接诱导获得的单倍体难以存活，因此需要先淘汰大效应有害突变之后再进行单倍体诱导。研究人员利用单倍体诱导系PL-4与不含大效应有害突变的杂合二倍体材料YS1杂交，通过高效的筛选体系，从7000多粒无胚斑种子中筛选到700多个单倍体后代，并鉴定出不携带自交亲和基因的单倍体植株（图1a, b）。随后，对单倍体进行秋水仙素处理，获得了生长势强、花粉活性恢复正常、但表现为自交不亲和的双单倍体株系（图1c）。利用这些株系作为父本，与双单倍体材料DM进行杂交，获得了两组F1杂交组合。由于双亲都是自交不亲和的，杂交时无需人工去雄，不仅降低了制种成本，也有效保证了杂交种的纯度。田间试验结果表明，这两组杂交组合均表现出显著的杂种优势，且由于恢复了自交不亲和性，植株无天然结实，能够将更多的光合产物分配给地下块茎（图1d）。与自交亲和的杂交种相比，自交不亲和杂交种的收获指数提高了10%（图1e）。

图1 自交不亲和杂交种培育与收获指数鉴定

该研究通过整合单倍体诱导和染色体加倍技术，构建了高效的自交不亲和杂交马铃薯育种体系（图2）。该策略无需漫长的自交和回交转育过程，可将育种周期从传统的5-7年缩短至约2-3年，为无性繁殖作物的杂交育种提供了新思路。

图2 自交不亲和杂交马铃薯培育流程

基因组所（大鹏湾实验室）博士后李大伟、已毕业博士生靖鑫宇、已出站博士后王培为该论文的共同第一作者，基因组所（大鹏湾实验室）张春芝研究员为该论文的通讯作者。该工作得到国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程等项目资助。

https://www.nature.com/articles/s41477-026-02235-6