Kinas forskare har utvecklat en generation av ”rena och bördiga potatislinjer” med genomredigeringstekniker i en banbrytande prestation.
Experimentet, ledt av Huang Sanwen, en forskare vid Agricultural Genomics Institute i Shenzhen (AGIS) under Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), använde genomdesign för att förvandla potatisuppfödning från ett långsamt, icke-ackumulerande läge till en snabb- iterativ en. Deras studie, med titeln "Genome design of hybrid potato", publicerades online i en av världens ledande akademiska tidskrifter, Cell, på torsdag.
Till skillnad från andra grödor, potatis, förökas knölgrödan klonalt snarare än utsäde. Som ett resultat står potatisuppfödning inför en rad problem, inklusive långa avelcykler, låg reproduktionseffektivitet, sjukdomar och skadedjursattack, berättade Huang, generaldirektör för AGIS, China Media Group (CMG). Dessutom, på grund av dess genoms komplexitet, är potatis genetiska förbättring och avelsprocessen mycket långsam, tillade Huang.
Många allmänt planterade potatisvarianter runt om i världen är hundratals år gamla. En sort som varar mer än hundra år betyder dock inte att den är perfekt. Däremot "det är svårt att föda upp och människor misslyckas med att odla en ersättare", berättade Zhang Chunzhi, första författare till forskningsdokumentet och medlem av AGIS, The Paper. För att ta itu med utmaningarna med potatisodling initierade Huang och hans team "Upotato Plan" 2015, i syfte att ersätta vegetativ reproduktion med hybridfrön via genomdesign och förbättra potatisavelshastigheten och reproduktionseffektiviteten.
”Vi måste först lösa problemet med självkompatibilitet, det vill säga att potatis inte producerar frön efter självbestämning. Genom materialval och genredigering har vi lyckats ta itu med problemet och producerat frön, säger Huang. ”Under tiden har vi också upptäckt hur vi kan förbättra växthälsan och produktionen. Genom genomdesign eliminerade vi skadliga mutationer, aggregerade bra gener och slutligen odlade potatisorten som kallades 'Upotato NO. 1. ' Efter testning har det visat utmärkt prestanda. ” Forskningen är världens första tillämpning av ”genomdesign” inom potatisavel, enligt CAAS.
Deras internationella kamrater har känt teamets arbete. "Detta arbete är mycket viktigt eftersom det är relevant för att mata planeten", säger Sofin Kamon, en medlem av European Academy of Sciences. ”Vad professor Huang och hans team gjorde är att de i huvudsak uppfann potatisen på nytt. De uppfann grödan nästan från början. Hybridpotatisen och hybridpotatisteknologin är verkligen fantastiska när det gäller att ta potatisgrödan till den moderna tidsåldern för avel.
En lovande rättegång
En rättegång av potatisen "Upotato nr 1" genomfördes i Yunnan-provinsen i sydvästra Kina i november förra året. Produktionen visade sig vara långt över förväntan i februari. "Utbytet av första generationens hybridpotatis var nära 3 ton per mu (cirka 45 ton per hektar), vilket motsvarar avkastningen för de bästa potatisorterna i regionen", berättade Zhang för CMG. "Vi behöver nu bara 2 gram potatisfrön för ett land på ett mu, jämfört med 200 kg utsädespotatis tidigare, vilket kraftigt minskar planteringskostnaderna." För nästa steg kommer forskarna att stärka teknikforskningen och utvecklingen för att förbereda sig för industrialisering av potatisfrön, tillade Zhang.
”Potatis är en sval vädergrödan. Temperaturen på våren, sommaren och hösten är för hög i södra Kina för att potatis ska växa, medan vintersäsongen i de södra bergsområdena och de flesta andra regioner i Kina är lämplig för potatistillväxt, säger Xiong Xingyao, vice vd för Potato Professional Kommitté under Crop Science Society of China. ”Upotato-planen har löst problemet med att överföra utsädespotatis mellan olika regioner. Om vi kan använda de lediga vinterfälten i södra Kina kan det effektivt hjälpa till att lösa problemet med livsmedelssäkerhet i Kina, säger Xiong.