1 马铃薯种质资源保存和利用种质资源是植物育种与遗传学研究的基础。

马铃薯种质资源丰富, 包含众多野生种和栽培种, 而且种质资源的分类一直在不断变化。

SPOONER等[7]在总结可以用于野生种种别界限和相互关系鉴别的形态学、分子水平、种间杂交障碍和野外观察的大量数据之后, 提出马铃薯分为107个野生种和4个栽培种, 这相对于HAWKES[8]提出的划分为228个野生种和7个栽培种的分类学说发生了明显变化。

1.1 种质资源的收集和保存技术世界范围内, 目前保存了大约30大类共65 000份马铃薯种质资源[9]。

世界上主要马铃薯种质资源收集和保存的机构是：国际马铃薯中心（International Potato Center, CIP）、荷兰遗传资源中心（The Centre for Genetic Resources, the Netherlands, CGN）、英国马铃薯种质资源库（Commonwealth Potato Collection, CPC）、德国马铃薯种质资源库（The IPK Potato collections at Gross Luesewitz, GLKS）、俄罗斯瓦维洛夫植物栽培科学研究所（The Vavilov Institute of Plant Industry, VIR）、美国马铃薯基因库（National Research Support Project-6, NRSP-6）, 除此之外, 世界上其他国家如秘鲁、玻利维亚、阿根廷、智利和哥伦比亚等国都建立有马铃薯种质资源库。

据估计, 中国目前保存有5 000余份种质资源, 以国内外育成品种和品系为主, 野生种资源偏少。

马铃薯种质资源保存有多种方式, 总体上来讲, 野生种通常以实生种子进行保存, 栽培品种（系）通常以试管苗或者田间种植的方式保存。

试管苗保存技术形成于1973年[10], 由于比田间保存高效和安全, 现在已经成为世界范围内种质资源保存的主要形式, 其主要是利用低温（6— 8℃）和山梨醇作为渗透调节剂来抑制植物生长, 达到2年左右时间不用扩繁而较长时间保存资源的目的, 这种技术已经成为世界上主要马铃薯种质资源库采用的通用技术。

然而, 试管苗保存存在耗时、高成本和因频繁更新扩繁易导致污染而造成资源丢失等诸多问题。

冷冻保存技术以其低成本和长期保存的优点, 逐渐开始被种质资源管理者所接受。

冷冻保存是将植物以超低温（-196℃）状态长期保存在液氮中, 理论上不需要定时更新保存[9]。

冷冻保存最主要的问题是要避免外植体冷却过程中细胞内结冰, 该项技术一直处在不断完善过程中[11, 12]。

目前GLKS和CIP已经采用冷冻保存技术进行马铃薯资源的保存：GLKS采用液滴冻结技术（droplet freezing technique）保存了1 341份欧洲马铃薯品种资源; CIP对197份安第斯地方品种进行了冷冻保存, 但其茎段成活率和再生率都比较低。

近年来, 为了提高冷冻保存的可靠性和效率, 研究者尝试将应用于香蕉资源的冷冻保存技术进行马铃薯资源保存, 结果表明, 相对于CIP和GLKS的冷冻保存技术, 该方法的成活率和再生率都比较高, 而且不同基因型的保存效果比较一致, 可用于马铃薯资源长期保存[9]。

1.2 种质资源的评价马铃薯种质资源遗传多样性评价主要可以分为形态学指标评价和分子水平评价。

形态学指标是植物分类和品种鉴别的传统方法。

在马铃薯分类学上, 常涉及的茎、叶和花等形态学指标多达53个[13]。

在马铃薯品种鉴别上, 世界范围内普遍采用的是国际植物新品种保护联盟（International Union for the Protection of New Varieties of Plants, UPOV）发布的DUS测试指南, 其涉及的形态学相关性状指标为42个, 但不同国家根据具体情况对测试指南进行了修改, 例如中国测试的指标是41个, 英国测试的指标是37个, 而印度测试的指标是45个。

随着分子生物学的发展尤其是分子标记技术的发展, 种质资源的分子水平评价技术逐渐成熟, 其可以快速地进行操作和分析, 又可以避免由于环境变化造成的形态学指标上的变化[14]。

分子水平评价主要包括应用蛋白质、分子标记和DNA序列进行遗传多样性分析, 具体包括同工酶电泳、限制性酶切位点拷贝数变化（RFLP和AFLP）、基因组和质体DNA微卫星标记（SSR）、质体缺失标记、核糖体DNA非转录间隔子序列（ITS）、多倍体直系同源基因序列等[7]。

近年来, 随着基因组测序技术的发展, 单核苷酸多态性（SNP）标记已经开始应用于种质资源评价和品种鉴别。

在马铃薯分类学研究领域, 除了对种质资源进行形态学指标和分子水平评价之外, 也进行生殖障碍如自交不亲和性（self-incompatibility）、单向不亲和性（unilateral incompatibility）、雄性不育性、2n配子（2n gametes）发生率和胚乳平衡数（endosperm balance numbers, EBN）的评价, 并经常根据特定的研究目的, 开展种质资源的生物胁迫（病害、虫害等）、非生物胁迫（干旱、霜冻和盐碱等）和品质性状（干物质、营养成分和炸片炸条等）评价。

1.3 种质资源的利用马铃薯的起源依然存在争议, 但无论马铃薯起源是源于多起源假说（multiple origin hypothesis）或是限制性起源假说（restricted origin hypothesis）[7, 15], 不可改变的事实是, 马铃薯在自然界中主要以野生种形式存在。

育种的本质是创造变异并进行选择, 因此, 马铃薯育种者需要不断地从野生种中寻找新的变异[16]。

野生种被广泛应用于栽培种抗非生物胁迫如耐霜冻和抗低温糖化及抗生物胁迫如抗病虫（晚疫病、病毒病、青枯病、黄萎病、科罗拉多甲虫和线虫）性状改良, 根据野生种与栽培种杂交从易到难变化即种质向栽培种转移从易到难又分为3个类别（表1）。

此外野生种还可以提供非常丰富的等位基因多态性, 拓展育种材料的遗传多样性[17]。

然而, 由于野生种在进化过程中为了保持种性而与栽培种形成了诸如杂交不亲和、雄性不育和胚乳败育等生殖障碍[38], 导致马铃薯野生资源利用难度增大。

为了能将马铃薯野生种的优异性状转移到栽培种中, 研究者开发了很多方法[17]：（1）倍性操作。

倍性操作主要是通过体细胞加倍（秋水仙素处理和愈伤组织培养）和非减数配子进行染色体加倍, 从而使杂交双亲或者配子体的EBN达到相同数目后进行性状转移。

有时倍性操作需要借助桥梁品种杂交来实现, S. acaule是常用的桥梁种之一[39, 40]。

（2）蒙导授粉（mentor pollination）与胚挽救。

当花柱不亲和与胚乳败育同时发生的情况下, 采用蒙导授粉和胚挽救策略有时可以获得种间杂种。

蒙导授粉是指采用含有供体不易亲和花粉和介导者易亲和花粉的混合花粉进行母本授粉, 借助介导者花粉与柱头识别反应而达到供体花粉成功受精目的, 通常介导者的花粉具有胚斑标记, 其后代容易鉴别和去除[41]。

受精后, 当胚不能正常发育时就需要进行胚挽救即将胚至于培养基上让其发育成熟。

然而, 对于马铃薯来讲, 如果胚早期阶段就停止发育, 胚挽救很难成功[42]。

（3）激素处理。

在介导者花粉缺乏胚斑等明显标记而不能进行后代选择的时候, 可以利用2, 4-D等生长素在授粉后24 h 来处理子房从而达到获得实生种子的目的[42]。

（4）正反交。

在野生资源利用过程中, 有些材料只有作母本或作父本才易于成功, 例如当S.cardiophyllum与S.pinnatisectum杂交时, 只有S. pinnatisectum作为母本才容易成功[42]。

（5）亲和基因型选择。

对于马铃薯来说, 有时虽然2个种间可以杂交, 但并不是种内的所有基因型间均可以杂交, 这种种间杂交基因型的依赖性需要对杂交组合基因型进行选择以避免杂交障碍[43]。

（6）体细胞融合。

广义上属于倍性操作范畴, 在花粉和柱头不亲和或者胚败育的情况下, 体细胞杂交（somatic hybridization）或者原生质体融合（protoplast fusion）可以绕开有性杂交而进行野生资源利用。

然而, 体细胞杂交需要丰富的操作经验和大量的时间和物质投入, 有时获得的体细胞杂种外源有利性状却不一定被导入。

S.tuberosum与S.brevidens、S.bulbocastanum、S.circaeifolium、mersonii、S.acaule种之间的体细胞融合都见诸文献报道[17]。

2 马铃薯基因组学研究栽培马铃薯是四倍体作物, 基因组高度杂合, 存在严重的自交衰退现象, 这给基因组学研究带来巨大挑战。

揭示马铃薯基因组序列必须首先找到合适的测序材料, 人们把目光投向了传统的组织培养技术。

通过二倍体材料S. phureja的花药培养获得了一个单倍体材料, 利用染色体加倍又获得了一个纯合的双单倍体材料DM1-3 516 R44（DM）[44]。

同时, 利用含有普通栽培种血缘的的二倍体杂合材料RH89-039-16的BAC序列进行基因组序列的锚定和比较[45]。

马铃薯基因组大概为844 Mb, 通过DM序列的组装拼接, 共获得727 Mb全基因组序列, 没有完成组装的117 Mb主要是重复序列。

通过EST和已有的遗传和物理图谱上的分子标记对组装的基因组序列进行了验证。

结合转录组和蛋白组学数据, 从测序基因组中预测出了39 031个蛋白编码基因, 其中9 875个基因存在可变剪接, 这表明同一个基因即使序列不变却也存在更多的功能性变异[46]。

通过基因组序列中的共线性同源基因区块分析发现, 马铃薯基因组存在2次全基因组范围的复制事件。

马铃薯基因组不同单倍型序列之间存在高度的多态性。

通过RH的部分区段序列与DM对应序列比较后发现, 每隔40 bp就存在一个SNP, 每隔394 bp就存在一个indel; RH的2个单倍型之间的部分序列比较表明, 每隔29 bp就存在一个SNP, 每隔253 bp就存在一个indel[46]。

近来, 抗病和抗逆尤其是耐寒特性突出的马铃薯野生种mersonii的基因组序列也被揭示[47]。

相对于栽培种, 该种的基因组杂合程度更低, 重复区段更少, 抗病候选基因更少, 但却包含很多栽培种不具备的耐寒相关基因。

目前, 只有3个材料（DM基因组序列, RH的部分单倍型序列, PI243503基因组序列）的基因组序列被揭示, 这远不能揭示丰富的马铃薯原始栽培种、新型栽培种、普通栽培种以及自然界中大量存在的野生种基因组水平上的遗传多样性, 进行更多单倍型测序将对马铃薯研究具有更大的作用, 当前涉及同源四倍体测序的技术尝试正在进行中。