马铃薯是超过13亿人的主食。尽管马铃薯对全球粮食安全至关重要，但其育种成功率却不高。一些最受欢迎的马铃薯品种是几十年前培育的。成功率低的原因在于马铃薯基因组复杂：每个细胞中有四个基因组拷贝，而不是两个。这对传统的杂交育种提出了挑战。

由慕尼黑大学和马克斯·普朗克植物育种研究所基因组可塑性和计算遗传学研究小组负责人科尔比尼安·施内伯格(Korbinian Schneeberger)教授领导的团队取得了一项重要突破。研究人员在《自然》杂志上发表报告称，他们成功重建了十个历史马铃薯品种的基因组。随后，他们利用这些知识开发了一种方法，使进一步重建马铃薯基因组变得更加容易和快捷。

该团队与瓦赫宁根大学、莱布尼茨植物遗传与作物研究所 (IPK) 以及中国西安交通大学的研究人员合作，选出了历史品种，其中一些品种早在 18 世纪就已开始栽培。

“由于这些土豆来自欧洲育种计划刚刚开始的时期，我们想弄清楚这些土豆中存在多少多样性，以了解我们土豆的遗传潜力，”施内伯格说。

答案是：不多。马铃薯的基因库极其有限。这十个马铃薯品种涵盖了所有现代欧洲马铃薯基因变异的约85%。

从南美洲引入后的瓶颈效应

研究人员将他们的发现归因于瓶颈效应。从16世纪起，马铃薯从南美洲进口。当时不同品种的数量很少，大多数都无法适应欧洲的气候条件。疾病进一步削弱了基因库。最著名的例子是19世纪40年代爆发的马铃薯晚疫病，它导致收成骤减，并引发了灾难性的饥荒，最显著的是在爱尔兰，但也波及了欧洲其他地区。

与此同时，这项研究还揭示了——令研究人员惊讶的是——个体染色体拷贝之间的差异可能非常巨大。“由于基因库非常有限，不同的染色体并不多，但当染色体确实存在差异时，它们的分化程度在驯化植物中前所未有，”施内伯格解释说。“这些差异大约是人类的20倍。”

这些差异很可能在马铃薯传入欧洲之前就已出现。南美洲的土著居民大约在1万年前开始驯化马铃薯，而这些差异很可能是野生物种杂交的结果。

最后，研究人员开发了一种新方法，可用于分析在欧盟注册的约 2000 种马铃薯的基因组。他们无需费力地生成重建基因组所需的数据，而是将易于生成的数据与目前已知的基因组进行比较，以确定品种中存在哪些已知染色体。研究人员表明，他们的方法适用于 Russet Burbank 品种，该品种自 1908 年起就已存在，至今仍是炸薯条的标准品种。

“基因组序列知识构成了植物育种许多方法的基础，从传统育种到最新的基因组工程方法，”施内伯格说。“未来，我们将不再需要在没有这些信息的情况下开展工作。”

更多信息： Hequan Sun 等，《欧洲四倍体马铃薯的分阶段泛基因组》，《自然》(2025)。