2021年6月24日23时，国际知名学术期刊《细胞》（Cell）在线发表了题为“杂交马铃薯的基因组设计”的论文，报道了中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队在杂交马铃薯育种领域的研究成果，这是“优薯计划”实施以来取得的里程碑式突破。
Q 为什么要研究杂交马铃薯
马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以马铃薯为主食。与其他作物不同，马铃薯不靠种子繁殖，而是靠薯块进行无性繁殖，这也导致了马铃薯繁殖系数低、种植成本高、容易病虫害等问题。此外，由于马铃薯基因组的复杂性，育种过程很慢，全世界还有上百年的老品种仍在大面积种植。
Q 什么是“优薯计划”
为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，在农业农村部、中国农科院和深圳市的支持下，基因组所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，即运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。这是马铃薯育种和繁殖的新底层技术，是对马铃薯产业的颠覆性创新。
Q 中国科学家突破了哪些难题
黄三文表示，要实现二倍体杂交马铃薯育种，需克服两个关键障碍：自交不亲和与自交衰退。
自交不亲和是指植物自花授粉后不会产生种子的现象。要培育自交系，首先需要解决自交不亲和的问题。在前期研究中，黄三文团队通过基因组编辑技术敲除了控制马铃薯自交不亲和的S-RNase基因（Ye et al., Nature Plants, 2018），筛选到了S-RNase的天然突变体（Zhang et al., Nature Genetics, 2019），并克隆了来自野生种的自交亲和基因，彻底解决了自交不亲和的问题。
自交衰退是指生物在自交之后出现生理机能的衰退，表现为生活力下降、抗性减弱、产量降低等。马铃薯作为异交作物，在长期的无性繁殖过程中，累积了大量的隐性有害突变，一旦自交之后，有害突变的不良效应便会显现出来，导致自交衰退。与自交不亲和由少数几个基因控制不同，自交衰退涉及很多基因，也更难克服。
Q 杂交马铃薯基因组设计育种流程是怎样的
一是用于培育自交系的起始材料的选择。选择的标准是起始材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；
二是起始材料自交群体的遗传解析。主要是根据全基因组偏分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布；
三是自交系的选育。根据前景和背景选择淘汰大效应有害突变、聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁；
四是杂交种的选育。根据基因组测序的结果，选择基因组互补性较高的自交系进行杂交，获得杂种优势显著的杂交种。
Q 目前取得的成果
黄三文团团队已率先培育出第一代高纯合度（>99%）自交系和杂交品系“优薯1号”。小区试验显示，“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势，同时还具有干物质含量高和类胡萝卜素含量高的特点，蒸煮品质佳。
Q 中外专家怎么看
中国科学院院士、北京大学原校长许智宏：孕育着马铃薯育种史的一次革命
国际著名马铃薯专家、荷兰瓦赫宁根大学教授Evert Jacobsen：杂交马铃薯将实现快速的品种改良
英国皇家学会会员、塞恩斯伯里实验室（Sainsbury）教授Sophien Kamoun：在本质上彻底改造了马铃薯
国际马铃薯中心亚太中心主任卢肖平：给马铃薯产业带来革命性变化
