齊魯網(wǎng)·閃電新聞1月26日訊?遠(yuǎn)緣雜交育種是種質(zhì)創(chuàng)后土的重要途徑，生殖隔離是遠(yuǎn)緣雜交育的“卡脖子”難題，很程度上限制了遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異基因資源的開發(fā)利。北京時(shí)間2023年1月26日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅教授領(lǐng)銜蔬菜生殖機(jī)理與育種應(yīng)團(tuán)隊(duì)的研究成果。???視頻來自山東農(nóng)業(yè)大Nature 期刊發(fā)表的文章首頁團(tuán)隊(duì)探討遠(yuǎn)雜交育種的意義和難點(diǎn)研究揭示了大白菜等十花科蔬菜通過調(diào)控柱頭性氧水平以維持種間生隔離的分子機(jī)理，并研了打破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的育種技術(shù)，成功獲得大白菜的種間、屬間遠(yuǎn)雜交胚，開辟了遠(yuǎn)緣雜育種的新思路和新途徑遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的表育種“卡脖子”難題懸未決，突破理論認(rèn)知局是關(guān)鍵大白菜是我國北冬貯數(shù)量最大的蔬菜，年播種面積約2700萬畝，約占全國蔬菜總播面積的14.4%。自交不親和育種以及遠(yuǎn)緣雜育種是大白菜等十字花蔬菜非常重要的育種技。傳統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜交育種主通過廣泛測交來選擇雜親本，但這種方式費(fèi)工費(fèi)力并且雜交效率極低至為零。由于生殖隔離止遠(yuǎn)緣受精，很多時(shí)候法獲得遠(yuǎn)緣雜交胚，后再多的胚胎挽救工作也濟(jì)于事。因而要解決自不親和育種及遠(yuǎn)緣雜交種領(lǐng)域的“卡脖子”難，充分利用遠(yuǎn)緣物種的質(zhì)基因資源，前提是對(duì)調(diào)控機(jī)制的系統(tǒng)解析。白菜等十字花科植物大具有自交不親和性，是型的異花授粉作物，育上通常用蜜蜂授粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜蜂可孟涂攜帶同種自花粉、同種異花花粉、緣花粉等。蜜蜂傳粉論通訊作者段巧紅教授介了十字花科植物“擇偶的復(fù)雜情況：雌蕊的柱是阻止花粉進(jìn)入的第一屏障，一方面，柱頭抑自花花粉、促進(jìn)異花花生長以利用雜種優(yōu)勢(shì)；一方面，柱頭抑制遠(yuǎn)緣粉以保持物種遺傳穩(wěn)定?！斑h(yuǎn)緣雜交單向不親”這種常見現(xiàn)象也令人解，為什么自交不親和物的雌蕊抑制自交親和物的花粉，而反過來卻親和的？柱頭如何通過交不親和抑制同種自花粉？自交不親和植物的頭如何抑制遠(yuǎn)緣花粉？交親和植物的柱頭允許緣花粉生長，那如何避與其他物種混雜？柱頭是否存在某種“同種花優(yōu)先”的機(jī)制？這些領(lǐng)仍存在長期懸而未決的題。打破遠(yuǎn)緣雜交育種礙，獲得屬間雜交胚 如何突破上述困境？該團(tuán)前期發(fā)現(xiàn)，大白菜種內(nèi)花花粉激活柱頭產(chǎn)生活氧來抑制自花花粉。團(tuán)進(jìn)而以遠(yuǎn)緣雜交生殖隔與自交不親和都表現(xiàn)為頭對(duì)花粉的抑制、以及緣雜交單向不親和，這個(gè)現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)開展了項(xiàng)研究。大白菜自交不和反應(yīng)是柱頭通過SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制自花粉的。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)歐洲山芥等遠(yuǎn)緣花粉也通過柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號(hào)通路，升高頭活性氧而抑制遠(yuǎn)緣花。自交親和植物的柱頭乏有功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉可以穿過柱頭但表現(xiàn)出“同種花粉優(yōu)”的現(xiàn)象，這主要是由種內(nèi)花粉比遠(yuǎn)緣花粉更更有效地降低柱頭活性對(duì)花粉的抑制作用，在其他物種花粉的競爭中勝出”，從而維持了生隔離。《自然》雜志審人認(rèn)為，該論文闡述了領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性的研究成，是系統(tǒng)認(rèn)知十字花科物受精機(jī)制的重要進(jìn)展會(huì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的大量論和進(jìn)一步研究。模式及通過遠(yuǎn)緣育種技術(shù)獲的屬間雜交胚“令人振的是，通過我們研發(fā)的除柱頭活性氧以打破十花科蔬菜遠(yuǎn)緣雜交障礙育種技術(shù)，成功獲得了白菜的種間、屬間雜交，為后續(xù)創(chuàng)制突破性新質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！?士生楊琳欣喜地告訴記，目前該項(xiàng)育種技術(shù)正用于十字花科蔬菜育種充分利用遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異質(zhì)資源，開啟遠(yuǎn)緣雜交種新篇章種業(yè)正邁入現(xiàn)化育種的新階段，充分掘利用優(yōu)異種質(zhì)與基因源是種業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵。然很多作物及其近緣野種的基因組圖譜被陸續(xù)布，但作物與其近緣野種的基因流動(dòng)受到生殖離的限制，如何有效利遠(yuǎn)緣物種中的優(yōu)異基因源還是一個(gè)難題。自交親和育種及遠(yuǎn)緣雜交育是十字花科蔬菜作物非重要的育種技術(shù)?！坝?我們過去對(duì)其調(diào)控機(jī)制知不足，無法在育種技上取得突破，在很大程上限制了雜交親本的選，導(dǎo)致很多有意義的育項(xiàng)目被迫停滯?！倍吻?解釋到。該研究成果深系統(tǒng)地解析了十字花科菜作物自交不親和及遠(yuǎn)雜交不親和調(diào)控機(jī)理，實(shí)現(xiàn)十字花科蔬菜作物交育種、遠(yuǎn)緣雜交育種及種質(zhì)資源創(chuàng)新等重要育種工作，提供了理論撐。所提供的切實(shí)可行育種新技術(shù)，包括打破交不親和的育種技術(shù)及破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的種技術(shù)，是十字花科蔬育種的共性關(guān)鍵核心技，極大地提高了親本繁效率，促進(jìn)了蔬菜種質(zhì)源開發(fā)利用，開啟了遠(yuǎn)雜交育種的新篇章。專點(diǎn)評(píng)中國工程院院士、南農(nóng)業(yè)大學(xué)校長鄒學(xué)校授評(píng)價(jià)說，該研究系統(tǒng)析了遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離形成機(jī)理，開發(fā)了打破殖隔離的遠(yuǎn)緣育種技術(shù)兼具理論創(chuàng)新性與育種用價(jià)值，是植物生殖生學(xué)與雜交育種領(lǐng)域的標(biāo)性成果，相關(guān)理論和技將對(duì)蔬菜育種工作產(chǎn)生遠(yuǎn)影響。中國熱帶農(nóng)業(yè)學(xué)院院長黃三文研究員價(jià)說，段巧紅教授開展遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的形機(jī)理及打破生殖隔離的種技術(shù)研究對(duì)于種業(yè)創(chuàng)具有重要意義。該研究破了目前大白菜主要利種內(nèi)雜交育種的傳統(tǒng)思，通過新技術(shù)將遠(yuǎn)緣物的優(yōu)異基因資源導(dǎo)入栽種，拓寬種質(zhì)遺傳范圍將極大地促進(jìn)十字花科緣物種中優(yōu)異基因資源開發(fā)利用，為突破性種的創(chuàng)制和新品種培育奠堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該項(xiàng)研究于其他作物的野生資源用也提供了新思路。山農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文第一完單位，段巧紅教授和美馬薩諸塞大學(xué)的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者。家保副教授、博士生楊為共同第一作者。山東業(yè)大學(xué)張憲省教授、王教授，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)張曉偉研究員、原玉香究員、魏小春助理研究，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬朝芝授、王鵬蔚教授、戴成教授，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)程副教授等參與該項(xiàng)研究該研究得到了國家自然學(xué)基金、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)層次人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、山省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)和重大基礎(chǔ)項(xiàng)目的資助段巧紅教授簡介段巧紅授，北京大學(xué)博士，美馬薩諸塞大學(xué)博士后，期從事十字花科植物受機(jī)理研究，2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授以，聚焦大白菜自交不親及遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的控機(jī)制，成果發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關(guān)育種新技術(shù)授2項(xiàng)國家發(fā)明專利，為蔬菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)制螐渠品種培育奠定堅(jiān)實(shí)的基。閃電新聞?dòng)浾?葛一凡 ?通訊員 王靜 盧麗靜 郭海涵 報(bào)道 閃電教育 閃電新聞專欄 編輯： 葛一凡 劉磊娜 梁延菊 閱讀量：3604