西安交通大学教授孙贺全联合国际团队，多年持续攻关——破解马铃薯的“基因密码”

【来源：陕西日报】

基因研究一直是全球科学界的重要话题之一。

学术界一致认为，马铃薯基因组在植物进化史上呈现出独特的演化特征。马铃薯基因组有着极其复杂的组织结构，基因序列的遗传多样性甚至高于人类。这也导致马铃薯的“基因密码”一直以来都是世界之谜。

西安交通大学电子与信息学部教授孙贺全联合国际团队，经过多年持续攻关，成功破解了马铃薯的“基因密码”，填补了基因研究领域的国际空白，为数智化育种提供了科学依据。近日，相关研究成果在《自然》发表。

4月17日，孙贺全接受了记者专访。

记者：作为电子与信息学部的教授，您为何进行基因研究？

孙贺全：很多人都问过我这个问题。实际上，我擅长的研究领域是生物信息学——这是一个典型的交叉学科领域，融合了生命科学与信息技术的知识。简单说，该领域致力于运用先进的信息处理技术和智能算法，破解生命科学领域的复杂难题。

如今，海量的测序数据为生命科学研究带来了前所未有的机遇与挑战。而我的工作，就是通过智能计算和数据分析方法设计，在浩瀚的“数据海洋”中为生物学研究寻找所需的数据支撑，为解码生命奥秘提供新的研究视角和方法支撑。

记者：马铃薯的基因组复杂在哪里？

孙贺全：我们可以用人类基因组来类比。人类的基因组是二倍体，也就是由两套单倍体染色体组构成，一套来自父亲，一套来自母亲。每套单倍体染色体组包含23条染色体，每条染色体上分布着上千个基因。

常见的马铃薯是同源四倍体，意味着它的细胞里含有四套高度相似的染色体。想象一下，如果人类的基因组是两本相似但略有不同的密码本，那马铃薯的基因组就是四本内容相近但细节不同的密码本。由于这四套染色体组的序列极其相似甚至被共享，科学家很难精准区分它们。这种复杂的基因组结构，使得马铃薯的杂交育种异常困难。

记者：在破解马铃薯“基因密码”的过程中，您和团队在哪些方面取得了突破？

孙贺全：我们曾经在2022年通过构建遗传图谱的方式建立了马铃薯基因间的连锁关系，区分了个别马铃薯品种的四套单倍型基因组。遗传图谱可以告诉我们染色体上众多基因的排列组合关系，但构建遗传图谱需要大量的时间、空间和费用，且构建遗传图谱所需的关键测序技术门槛高、不易实现。

为了突破这个技术瓶颈，我们基于简单易得的测序数据技术，创新设计了基因组分型重建方法。研究中，我们筛选出10个传统的同源四倍体基因组马铃薯。这10个马铃薯相当于马铃薯“祖先”，现在的马铃薯中有很多都是由这10个马铃薯品种杂交而来。

我们用新方法为这10个马铃薯重建了40套高质量单倍型基因组。在研究中，我们惊喜地发现，这40套单倍型基因组在不同基因组区间内平均只有9种不同的序列。同时，这些不同序列两两之间的差异非常大，差异率在2%左右，比目前报道的其他粮食作物的都要高。这就是马铃薯特有的“基因密码”。

记者：研究中遇到了哪些困难？

孙贺全：在研究筹划阶段，我们计划利用遗传图谱破译马铃薯基因组。但是，构建遗传图谱需要大量的时间、空间，且费用十分高昂。

我们不得不打消了构建遗传图谱的念头。

自2016年起，我们开始进行马铃薯的基因组重建研究。但由于基因序列的精确重建排列非常复杂，我们一直尝试，一直失败。通过近10年的持续研究，在一次次失败和经验积累中，我们最终取得了成功。

记者：这一研究有什么重要意义？在科研领域有哪些重大突破？

孙贺全：马铃薯是百姓餐桌上的“常客”，全球超13亿人以马铃薯为主食。中国更是全球最大的马铃薯生产国，年产量近1亿吨。马铃薯优良品种的选育，对保障我国乃至全球粮食安全都具有重要意义。

多年来，与水稻、小麦相比，马铃薯基因组的研究较为落后。我们的研究成果不仅为马铃薯或类似马铃薯等农作物的基因组研究提供了新的视角，还为其现代育种指明了重要方向。

我们还构建了国际首个单倍型解析的四倍体马铃薯泛基因组，系统描绘了其遗传多样性蓝图，揭示了马铃薯遗传多样性特征，丰富了基因组理论，填补了基因研究领域的国际空白。（记者 郭诗梦）

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