揭开马铃薯杂种优势的秘密 | 李大伟入选博新计划

近日，2023年度博士后创新人才支持计划资助人员名单公布，基因组所博士后李大伟成功入选。

据悉，博士后创新人才支持计划，简称“博新计划”，是人力资源和社会保障部、全国博士后管委会新设立的一项青年人才支持计划，“博新计划”瞄准国际人才竞争及未来高精尖人才储备进行的战略布局，是博士后基金会选拔层次最高，选拔人数最精的人才项目。“博新计划”结合国家实验室等重点科研基地，瞄准国家重大战略、战略性高新技术和基础科学前沿领域，遴选一批应届或新近毕业的优秀博士，进入国内博士后设站单位从事博士后研究工作，给予每人每年不少于30万元的资助（含博士后日常经费、科研启动经费和国际学术交流经费），国家资助期为2年。

李大伟主要从事马铃薯重要农艺性状与杂种优势的遗传学研究。近五年以第一作者(含共同)身份在Cell、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology等国际学术期刊发表文章5篇，总影响因子达95.5。曾获得先正达奇尔顿研究生奖学金、博士研究生一等学业奖学金。获得国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金、中国农业科学院博士后“优农计划”等项目资助。

如何鉴别杂种优势？

造成杂种优势的原因是什么？

这是李大伟在博士和博士后期间一直尝试回答的科学问题。

2016年，李大伟加入基因组所攻读博士学位（硕博连读），师从黄三文研究员，2022年博士毕业的他选择继续留在基因组所探索这一未解之题。
杂种优势，是杂交后代优于亲本的遗传现象，常表现于产量提高，抗逆性增强等，在植物和动物中普遍存在。长久以来，科学家对这种“青出于蓝而胜于蓝”的现象提出了三种假说，一是显性假说，认为亲本传给子代中的隐性等位基因会被另一亲本的优势显性等位基因所遮盖，从而增进了杂合子代的生长势。二是超显性假说，认为杂种优势是基因型不同的配子结合后产生的一种刺激发育的效应。三是上位性假说，认为杂种优势是不同基因相互作用的结果。这三种假说既非互相排斥又不能概括一切，那么从亲本到子代的遗传过程中究竟发生了什么？而马铃薯，作为最重要的块茎类粮食作物，其杂种优势的遗传机理成了李大伟所在实验室的重点攻关的方向之一，他们希望借此提高二倍体杂交马铃薯的产量，为马铃薯杂交育种提供理论指导。

2021年12月，李大伟以第一作者在《植物学报（Journal of Integrative Plant Biology）》上发表题为“The multi-omics basis of potato heterosis”的研究论文。在这项研究中，他们发现马铃薯在三个不同的发育阶段（苗期、花期和结薯期）表现出了不同的杂种优势。在苗期，杂交种相比亲本长势更好，株高也更高；在开花期，杂交种花器官较大，花粉活力较好；块茎期时，杂交种的产量约为亲本的3倍。

借助转录组、代谢组和DNA甲基化检测等分析手段，李大伟解析了马铃薯3个发育阶段杂种优势的多组学基础，主要发现显性互补效应是杂种优势形成的重要原因。

李大伟说：“这项研究也只是揭开了马铃薯杂种优势机理的冰山一角，想要全面地揭开背后的秘密，我们还有很多工作要做。”

2023年5月，李大伟再次以共同第一作者在国际权威期刊《细胞（Cell）》上发文，利用进化基因组学指导二倍体马铃薯自交系选育。纯合自交系的构建是杂交育种的基础，该项工作为马铃薯杂交育种打下了坚实的理论基础。

作为一个典型的农学生，李大伟常年往返于“试验田”与“实验室”。为了更方便地进行实验，李大伟“搬”到了云南马铃薯种植基地，“云南的气候更适合种植马铃薯”，李大伟解释道，现在，他在云南的试验大棚里种植了1千多份马铃薯材料，李大伟时不时就会过去看看，观察植株长势，记录实验数据，“实验材料总不能种下去就不管了，还是得多加呵护才行”，他笑着说。

谈及未来的计划，李大伟坚定地说，后面还是会沿着这个研究方向继续做下去，希望能够培育出更优质、更高产的杂交马铃薯品种。