2022年3月3日，来自德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克植物育种研究所（科隆）的研究团队在Nature Genetics发表了题为Chromosome-scale and haplotype-resolved genome assembly of a tetraploid potato cultivar的研究论文，首次破译了高度复杂的四倍体马铃薯基因组，有望快速推进马铃薯优良品种的选育进程。

课题负责人Korbinian Schneeberger 教授对该研究在马铃薯育种方面所展现的巨大应用潜力兴奋不已：“在全世界，包括中国等以大米、小麦为传统主食的亚洲国家，马铃薯正逐渐成为老百姓饮食中不可或缺的一部分。在这项工作的基础上，我们可以依据基因组信息来定向改造马铃薯，从而选育具高产、抵抗气候变化等特性于一身的马铃薯新品种——这将对未来几十年的粮食安全产生巨大影响。”

逛一逛超市，我们会惊讶地发现如今所能买到的马铃薯品种几乎都有100多年历史了。显然，这些“古老的”马铃薯品种受到了大家持续的喜爱，但也凸显出主要马铃薯品种缺乏遗传多样性的问题，而这种匮乏很可能造成灾难性后果。回顾历史，发生于19世纪40年代的爱尔兰大饥荒仍然令人惶惶不安。在长达近7年时间里，作为主食的马铃薯大量腐烂，致使数百万人遭受饥饿，近百万人死亡，而这饿殍遍野的悲惨景象正是由种植品种过于单一且对当时出现的晚疫病没有任何抵抗力造成的。在20世纪50年代和60年代的绿色革命期间，科学家和植物育种家大幅提高了主要农作物的产量，其中包含水稻、小麦等。然而，马铃薯的产量并没有实现同水平的增长；时至今日，尽管尝试不断，马铃薯育种仍没取得显著成效。
马铃薯育种面对着非常明确但难以攻克的挑战：与（人类）从父本和母本各自继承一套染色体不同，马铃薯分别从每个亲本继承两套染色体，形成每条染色体有四个拷贝的（同源）四倍体物种。这意味着每个基因也有四个拷贝，协同影响着作物性状，这正是整合多个优异性状到同一品种的耗时和挑战性所在。
全面深入认识基因组DNA序列对作物育种有重大指导意义。因此，重建栽培种马铃薯基因组多年来一直是科学家和植物育种家的志向所在。然而，每条染色体拥有多条（相似但不同）拷贝给其基因组的重建带来比人类基因组更高难度的挑战。

Schneeberger 教授课题组成员设计了一种非常简单但又构思巧妙的方法解决了这个由来已久的难题，重建了几乎拥有完美定相精度（99.6%）的马铃薯单倍型基因组。该方法没有以直接鉴别四条（序列高度相似的）染色体为出发点，而是绕过这个问题，利用单细胞测序技术获取并分析了近千个花粉细胞基因组信息，进而通过遗传作图，实现了单倍型染色体序列定相。与体细胞不同，马铃薯花粉细胞每条染色体只对应随机组合的两个拷贝。这显著降低了染色体单倍型定相问题的复杂性，也是科学家们能够顺利完成四倍体马铃薯基因组重建的关键。如今，掌握了基因组信息，科学家们可以更容易地鉴定有益（或不利）性状的候选基因，为马铃薯基因组辅助育种奠定重要基础。