马铃薯（Solanum tuberosum）原产于南美洲的安第斯山区,是茄科茄属一年生双子叶植物,在我国已经有400多年的栽培历史。由于其耐性强、丰产性好、适应性广、营养成分全,马铃薯已成为继小麦、水稻、玉米后的第四大粮食作物。我国是世界上马铃薯生产第一大国,发展马铃薯产业对于保障我国粮食安全、促进农民增收具有重要的意义。四倍体马铃薯基因组高度杂合,遗传背景复杂,导致育种周期长,品种更新慢,二倍体马铃薯遗传变异丰富、基因组相对简单,开展二倍体马铃薯杂交育种将极大助力马铃薯产业的发展。然而,二倍体马铃薯大多自交不亲和,且经过长时间的无性繁殖,基因组中积累了大量的有害突变,在育种过程中常会发生近交衰退的现象,这为创制高纯度的二倍体自交系带来了挑战。与传统通过多代自交的方法相比,单倍诱导技术可在一个世代内获得高度纯合的马铃薯材料,具有工作量低、周期短等显著优势。目前,已有多项研究表明Domain of unknown function679 membrane protein（DMP）基因的功能缺失可在多种植物中诱导单倍体的形成,然而其在马铃薯中的应用仍未见报道。本研究通过构建系统演化树,鉴定到马铃薯中的St DMP基因,之后通过CRISPR/Cas9系统结合在胚中特异表达的RFP筛选标记,构建了St DMP基因功能缺失的突变体。在此基础上,通过杂交、分子标记鉴定、流式细胞仪测定以及秋水仙素加倍获得了近乎100%纯合的二倍体马铃薯材料,初步建立了利用双单倍体技术构建高纯度二倍体马铃薯自交系的方法体系,主要研究结果如下:1.马铃薯基因组中共鉴定到6个DMP基因,本研究将番茄、玉米、拟南芥和马铃薯中的DMP基因进行了系统演化分析,结果发现Soltu.DM.05G005100与Zm DMP（Zm00001d044822）、At DMP8（AT1G09157.1）、At DMP9（AT5G39650.1）和Sl DMP（Solyc05g007920.2.1）具有最近的亲缘关系,故将其命名为St DMP。St DMP共包含1个DUF679结构域和4个跨膜结构域,烟草瞬时表达的实验表明St DMP定位于细胞膜上,组织特异性表达模式分析表明St DMP在花粉中特异高表达,这和之前在玉米、拟南芥和番茄中的报道相一致,预示着St DMP的功能缺失也可在马铃薯中诱导单倍体的形成。2.为研究St DMP基因的功能,本研究在二倍体马铃薯S.tuberosum group phureja S15-65（简称S15-65）背景上,构建了其功能缺失的双等位突变体stdmp。与野生型植株S15-65相比,stdmp突变体的营养生长并没有明显差别,然而其花粉活力大幅下降,但花粉管仍能萌发。3.本研究通过stdmp突变体与二倍体马铃薯PG6359以及Up1（一份杂交种）的杂交,获得了上万粒的马铃薯种子。通过荧光标记筛选,鉴定到一些在胚和胚根中无荧光,而在胚乳中有弱荧光的疑似单倍体植株。之后,通过进一步的分子标记和流式细胞仪测定,最终在两个杂交组合中鉴定到7株单倍体材料。与二倍体亲本相比,单倍体植株长势较弱,表现为叶片发黄,节间缩短,根系稀疏的表型。4.为研究单倍体植株的遗传背景,本研究对4株单倍体进行了重测序分析,分析结果表明,单倍体的基因组均来自母本,并没有任何父本诱导系的片段,说明St DMP突变体是理想的诱导母本孤雌生殖的诱导系。此外,本研究还分析了单倍体基因组的杂合SNP的分布,发现与高代自交系相比,单倍体的基因组几乎不含任何杂合的片段,基因组的纯合度显著高于高代自交系。5.为获得纯合的二倍体自交系,本研究利用不同浓度的秋水仙素处理了单倍体植株,从而希望确定可促使单倍体加倍的有效秋水仙素浓度。实验结果表明,在0.5%的秋水仙素浓度下一直处理可使单倍体加倍为二倍体,处理的12株单倍体中有3株成功转化为双单倍体（Doubled Haploid,DH）。加倍后的双单倍体长势与亲本类似,与单倍体相比,叶片明显变大,节间伸长,根系强壮,具备可进一步培养成优良自交系的潜质。综上所述,本研究构建的利用双单倍体技术获得高纯度的二倍体马铃薯材料的方法,与传统自交的方法相比,不用克服马铃薯自交不亲和的结构性障碍,且大幅缩短了育种周期,大约可在8个月内完成,这将为二倍体马铃薯杂交育种提供强有力的技术保障。