山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅團(tuán)隊(duì)在自然》（Nature）發(fā)表重要研究成果遠(yuǎn)緣雜交育種種質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑，但生隔離是遠(yuǎn)緣雜交育種的“卡子”難題，很大程度上限制遠(yuǎn)緣物種中優(yōu)異基因資源的發(fā)利用。北京時(shí)間2023年1月26日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段紅教授領(lǐng)銜的蔬菜生殖機(jī)理育種應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的研究成果。Nature 期刊發(fā)表的文章首頁(yè)團(tuán)隊(duì)探討遠(yuǎn)緣雜交育種意義和難點(diǎn)該研究揭示了大菜等十字花科蔬菜通過(guò)調(diào)控頭活性氧水平以維持種間生隔離的分子機(jī)理，并研發(fā)了破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的育種術(shù)，成功獲得了大白菜的種、屬間遠(yuǎn)緣雜交胚，開(kāi)辟了緣雜交育種的新思路和新途。遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的表型育種“卡脖子”難題懸而未，突破理論認(rèn)知局限是關(guān)鍵白菜是我國(guó)北方冬貯數(shù)量最的蔬菜，全年播種面積約2700萬(wàn)畝，約占全國(guó)蔬菜總播種面積的14.4%。自交不親和育種以及遠(yuǎn)緣雜交育種大白菜等十字花科蔬菜非常要的育種技術(shù)。傳統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜育種主要通過(guò)廣泛測(cè)交來(lái)選雜交親本，但這種方式費(fèi)工費(fèi)力并且雜交效率極低甚至零。由于生殖隔離阻止遠(yuǎn)緣精，很多時(shí)候無(wú)法獲得遠(yuǎn)緣交胚，后續(xù)再多的胚胎挽救作也無(wú)濟(jì)于事。因而要解決交不親和育種及遠(yuǎn)緣雜交育領(lǐng)域的“卡脖子”難題，充利用遠(yuǎn)緣物種的優(yōu)質(zhì)基因資，前提是對(duì)其調(diào)控機(jī)制的系解析。大白菜等十字花科植大多具有自交不親和性，是型的異花授粉作物，育種上常用蜜蜂授粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜蜂可強(qiáng)良帶同種自花花粉、同種異花粉、遠(yuǎn)緣花粉等。蜜蜂傳粉文通訊作者段巧紅教授介紹十字花科植物“擇偶”的復(fù)情況：雌蕊的柱頭是阻止花進(jìn)入的第一道屏障，一方面柱頭抑制自花花粉、促進(jìn)異花粉生長(zhǎng)以利用雜種優(yōu)勢(shì)；一方面，柱頭抑制遠(yuǎn)緣花粉保持物種遺傳穩(wěn)定性?！斑h(yuǎn)雜交單向不親和”這種常見(jiàn)象也令人不解，為什么自交親和植物的雌蕊抑制自交親植物的花粉，而反過(guò)來(lái)卻是和的？柱頭如何通過(guò)自交不和抑制同種自花花粉？自交親和植物的柱頭如何抑制遠(yuǎn)花粉？自交親和植物的柱頭許遠(yuǎn)緣花粉生長(zhǎng)，那如何避與其他物種混雜？柱頭上是存在某種“同種花粉優(yōu)先”機(jī)制？這些領(lǐng)域仍存在長(zhǎng)期而未決的難題。?打破遠(yuǎn)緣交育種障礙，獲得屬間雜交如何突破上述困境？該團(tuán)隊(duì)期發(fā)現(xiàn)，大白菜種內(nèi)自花花激活柱頭產(chǎn)生活性氧來(lái)抑制花花粉。團(tuán)隊(duì)進(jìn)而以遠(yuǎn)緣雜生殖隔離與自交不親和都表為柱頭對(duì)花粉的抑制、以及緣雜交單向不親和，這兩個(gè)象為出發(fā)點(diǎn)開(kāi)展了本項(xiàng)研究大白菜自交不親和反應(yīng)是柱通過(guò)SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制自花花粉的。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，甘、歐洲山芥等遠(yuǎn)緣花粉也能過(guò)柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號(hào)通路，升高柱頭活性氧白犬抑遠(yuǎn)緣花粉。自交親和植物的頭缺乏有功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉可以穿過(guò)柱頭，但現(xiàn)出“同種花粉優(yōu)先”的現(xiàn)，這主要是由于種內(nèi)花粉比緣花粉更快更有效地降低柱活性氧對(duì)花粉的抑制作用，與其他物種花粉的競(jìng)爭(zhēng)中“出”，從而維持了生殖隔離《自然》雜志審稿人認(rèn)為，論文闡述了該領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性研究成果，是系統(tǒng)認(rèn)知十字科植物受精機(jī)制的重要進(jìn)展會(huì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的大量討論進(jìn)一步研究。模式圖及通過(guò)緣育種技術(shù)獲得的屬間雜交“令人振奮的是，通過(guò)我們發(fā)的清除柱頭活性氧以打破字花科蔬菜遠(yuǎn)緣雜交障礙的種技術(shù)，成功獲得了大白菜種間、屬間雜交胚，為后續(xù)制突破性新種質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)礎(chǔ)。”博士生楊琳欣喜地告記者，目前該項(xiàng)育種技術(shù)正用于十字花科蔬菜育種。?分利用遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異種質(zhì)資，開(kāi)啟遠(yuǎn)緣雜交育種新篇章業(yè)正邁入現(xiàn)代化育種的新階，充分發(fā)掘利用優(yōu)異種質(zhì)與因資源是種業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵。然很多作物及其近緣野生種基因組圖譜被陸續(xù)公布，但物與其近緣野生種的基因流受到生殖隔離的限制，如何效利用遠(yuǎn)緣物種中的優(yōu)異基資源還是一個(gè)難題。自交不和育種及遠(yuǎn)緣雜交育種是十花科蔬菜作物非常重要的育技術(shù)。“由于我們過(guò)去對(duì)其控機(jī)制認(rèn)知不足，無(wú)法在育技術(shù)上取得突破，在很大程上限制了雜交親本的選配，致很多有意義的育種項(xiàng)目被停滯?！倍吻杉t解釋到。該究成果深入系統(tǒng)地解析了十花科蔬菜作物自交不親和及緣雜交不親和調(diào)控機(jī)理，為現(xiàn)十字花科蔬菜作物雜交育、遠(yuǎn)緣雜交育種、及種質(zhì)資創(chuàng)新等重要的育種工作，提了理論支撐。所提供的切實(shí)行的育種新技術(shù)，包括打破交不親和的育種技術(shù)及打破緣雜交生殖隔離的育種技術(shù)是十字花科蔬菜育種的共性鍵核心技術(shù)，極大地提高了本繁種效率，促進(jìn)了蔬菜種資源開(kāi)發(fā)利用，開(kāi)啟了遠(yuǎn)緣交育種的新篇章。專家點(diǎn)評(píng)國(guó)工程院院士、湖南農(nóng)業(yè)大校長(zhǎng)鄒學(xué)校教授評(píng)價(jià)說(shuō)，該究系統(tǒng)解析了遠(yuǎn)緣雜交生殖離的形成機(jī)理，開(kāi)發(fā)了打破殖隔離的遠(yuǎn)緣育種技術(shù)，兼理論創(chuàng)新性與育種應(yīng)用價(jià)值是植物生殖生物學(xué)與雜交育領(lǐng)域的標(biāo)志性成果，相關(guān)理和技術(shù)將對(duì)蔬菜育種工作產(chǎn)深遠(yuǎn)影響。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科院院長(zhǎng)黃三文研究員評(píng)價(jià)說(shuō)段巧紅教授開(kāi)展的遠(yuǎn)緣雜交殖隔離的形成機(jī)理及打破生隔離的育種技術(shù)研究對(duì)于種創(chuàng)新具有重要意義。該研究破了目前大白菜主要利用種雜交育種的傳統(tǒng)思路，通過(guò)技術(shù)將遠(yuǎn)緣物種的優(yōu)異基因源導(dǎo)入栽培種，拓寬種質(zhì)遺范圍，將極大地促進(jìn)十字花遠(yuǎn)緣物種中優(yōu)異基因資源的發(fā)利用，為突破性種質(zhì)的創(chuàng)和新品種培育奠定堅(jiān)實(shí)的基。該項(xiàng)研究對(duì)于其他作物的生資源利用也提供了新思路山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文第一完單位，段巧紅教授和美國(guó)馬諸塞大學(xué)的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者。黃家保副教授、博生楊琳為共同第一作者。山農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授、王年授，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張曉研究員、原玉香研究員、魏春助理研究員，華中農(nóng)業(yè)大馬朝芝教授、王鵬蔚教授、成副教授，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)程副教授等參與該項(xiàng)研究。該究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金山東農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才啟經(jīng)費(fèi)、山東省自然科學(xué)基金點(diǎn)項(xiàng)目和重大基礎(chǔ)項(xiàng)目的資。段巧紅教授簡(jiǎn)介段巧紅教，北京大學(xué)博士，美國(guó)馬薩塞大學(xué)博士后，長(zhǎng)期從事十花科植物受精機(jī)理研究，2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授以來(lái)，聚焦大白菜自交不親及遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的調(diào)控制，成果發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關(guān)育種新技術(shù)授權(quán)2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，為蔬菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)琴蟲(chóng)和新種培育奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。山農(nóng)業(yè)大學(xué)歡迎更多有志青年學(xué)家加入蔬菜生殖機(jī)理與育應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，共同從事蔬菜育事業(yè)?