山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅隊(duì)在《自然》（Nature）發(fā)表重要研究成果遠(yuǎn)緣雜交育種是質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑，生殖隔離是遠(yuǎn)緣雜交種的“卡脖子”難題很大程度上限制了遠(yuǎn)物種中優(yōu)異基因資源開(kāi)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《然》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)學(xué)段巧紅教授領(lǐng)銜的菜生殖機(jī)理與育種應(yīng)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)雜交育種的意義和難該研究揭示了大白菜十字花科蔬菜通過(guò)調(diào)柱頭活性氧水平以維種間生殖隔離的分子理，并研發(fā)了打破遠(yuǎn)雜交生殖隔離的育種術(shù)，成功獲得了大白的種間、屬間遠(yuǎn)緣雜胚，開(kāi)辟了遠(yuǎn)緣雜交種的新思路和新途徑遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的型?育種“卡脖子”題懸而未決，突破理認(rèn)知局限是關(guān)鍵大白是我國(guó)北方冬貯數(shù)量大的蔬菜，全年播種積約2700萬(wàn)畝，約占全國(guó)蔬菜總播種面的14.4%。自交不親和育種以及遠(yuǎn)緣雜育種是大白菜等十字科蔬菜非常重要的育技術(shù)。傳統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜交種主要通過(guò)廣泛測(cè)交選擇雜交親本，但這方式費(fèi)工、費(fèi)力并且交效率極低甚至為零由于生殖隔離阻止遠(yuǎn)受精，很多時(shí)候無(wú)法得遠(yuǎn)緣雜交胚，后續(xù)多的胚胎挽救工作也濟(jì)于事。因而要解決交不親和育種及遠(yuǎn)緣交育種領(lǐng)域的“卡脖”難題，充分利用遠(yuǎn)物種的優(yōu)質(zhì)基因資源前提是對(duì)其調(diào)控機(jī)制系統(tǒng)解析。大白菜等字花科植物大多具有交不親和性，是典型異花授粉作物，育種通常用蜜蜂授粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜蜂可巫彭攜帶同自花花粉、同種異花粉、遠(yuǎn)緣花粉等。蜜傳粉論文通訊作者段紅教授介紹了十字花植物“擇偶”的復(fù)雜況：雌蕊的柱頭是阻花粉進(jìn)入的第一道屏，一方面，柱頭抑制花花粉、促進(jìn)異花花生長(zhǎng)以利用雜種優(yōu)勢(shì)另一方面，柱頭抑制緣花粉以保持物種遺穩(wěn)定性?！斑h(yuǎn)緣雜交向不親和”這種常見(jiàn)象也令人不解，為什自交不親和植物的雌抑制自交親和植物的粉，而反過(guò)來(lái)卻是親的？柱頭如何通過(guò)自不親和抑制同種自花粉？自交不親和植物柱頭如何抑制遠(yuǎn)緣花？自交親和植物的柱允許遠(yuǎn)緣花粉生長(zhǎng)，如何避免與其他物種雜？柱頭上是否存在種“同種花粉優(yōu)先”機(jī)制？這些領(lǐng)域仍存長(zhǎng)期懸而未決的難題?打破遠(yuǎn)緣雜交育種礙，獲得屬間雜交胚何突破上述困境？該隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)，大白菜內(nèi)自花花粉激活柱頭生活性氧來(lái)抑制自花粉。團(tuán)隊(duì)進(jìn)而以遠(yuǎn)緣交生殖隔離與自交不和都表現(xiàn)為柱頭對(duì)花的抑制、以及遠(yuǎn)緣雜單向不親和，這兩個(gè)象為出發(fā)點(diǎn)開(kāi)展了本研究。大白菜自交不和反應(yīng)是柱頭通過(guò)SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制自花花粉的。相柳隊(duì)發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)、歐洲山芥等遠(yuǎn)花粉也能通過(guò)柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號(hào)通路，升高柱頭活氧而抑制遠(yuǎn)緣花粉。交親和植物的柱頭缺有功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉可以穿過(guò)柱，但表現(xiàn)出“同種花優(yōu)先”的現(xiàn)象，這主是由于種內(nèi)花粉比遠(yuǎn)花粉更快更有效地降柱頭活性氧對(duì)花粉的制作用，在與其他物花粉的競(jìng)爭(zhēng)中“勝出，從而維持了生殖隔?！蹲匀弧冯s志審稿認(rèn)為，該論文闡述了領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性的研究果，是系統(tǒng)認(rèn)知十字科植物受精機(jī)制的重進(jìn)展，會(huì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)的大量討論和進(jìn)一步究。模式圖及通過(guò)遠(yuǎn)育種技術(shù)獲得的屬間交胚“令人振奮的是通過(guò)我們研發(fā)的清除頭活性氧以打破十字科蔬菜遠(yuǎn)緣雜交障礙育種技術(shù)，成功獲得大白菜的種間、屬間交胚，為后續(xù)創(chuàng)制突性新種質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)礎(chǔ)。”博士生楊琳欣地告訴記者，目前該育種技術(shù)正應(yīng)用于十花科蔬菜育種。?充利用遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異種資源，開(kāi)啟遠(yuǎn)緣雜交種新篇章種業(yè)正邁入代化育種的新階段，分發(fā)掘利用優(yōu)異種質(zhì)基因資源是種業(yè)創(chuàng)新關(guān)鍵。雖然很多作物其近緣野生種的基因圖譜被陸續(xù)公布，但物與其近緣野生種的因流動(dòng)受到生殖隔離限制，如何有效利用緣物種中的優(yōu)異基因源還是一個(gè)難題。自不親和育種及遠(yuǎn)緣雜育種是十字花科蔬菜物非常重要的育種技?！坝捎谖覀冞^(guò)去對(duì)調(diào)控機(jī)制認(rèn)知不足，法在育種技術(shù)上取得破，在很大程度上限了雜交親本的選配，致很多有意義的育種目被迫停滯?！倍吻?解釋到。該研究成果入系統(tǒng)地解析了十字科蔬菜作物自交不親及遠(yuǎn)緣雜交不親和調(diào)機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)十字花蔬菜作物雜交育種、緣雜交育種、及種質(zhì)源創(chuàng)新等重要的育種作，提供了理論支撐所提供的切實(shí)可行的種新技術(shù)，包括打破交不親和的育種技術(shù)打破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的育種技術(shù)，是十字科蔬菜育種的共性關(guān)核心技術(shù)，極大地提了親本繁種效率，促了蔬菜種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)用，開(kāi)啟了遠(yuǎn)緣雜交種的新篇章。專(zhuān)家點(diǎn)中國(guó)工程院院士、湖農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)鄒學(xué)校授評(píng)價(jià)說(shuō)，該研究系解析了遠(yuǎn)緣雜交生殖離的形成機(jī)理，開(kāi)發(fā)打破生殖隔離的遠(yuǎn)緣種技術(shù)，兼具理論創(chuàng)性與育種應(yīng)用價(jià)值，植物生殖生物學(xué)與雜育種領(lǐng)域的標(biāo)志性成，相關(guān)理論和技術(shù)將蔬菜育種工作產(chǎn)生深影響。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)黃三文研究評(píng)價(jià)說(shuō)，段巧紅教授展的遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的形成機(jī)理及打破生隔離的育種技術(shù)研究于種業(yè)創(chuàng)新具有重要義。該研究突破了目大白菜主要利用種內(nèi)交育種的傳統(tǒng)思路，過(guò)新技術(shù)將遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異基因資源導(dǎo)入栽種，拓寬種質(zhì)遺傳范，將極大地促進(jìn)十字科遠(yuǎn)緣物種中優(yōu)異基資源的開(kāi)發(fā)利用，為破性種質(zhì)的創(chuàng)制和新種培育奠定堅(jiān)實(shí)的基。該項(xiàng)研究對(duì)于其他物的野生資源利用也供了新思路。山東農(nóng)大學(xué)為論文第一完成位，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。黃家保副教授、士生楊琳為共同第一者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張省教授、王年教授，南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張曉研究員、原玉香研究、魏小春助理研究員華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬朝芝授、王鵬蔚教授、戴副教授，青島農(nóng)業(yè)大程斐副教授等參與該研究。該研究得到了家自然科學(xué)基金、山農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才動(dòng)經(jīng)費(fèi)、山東省自然學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和重基礎(chǔ)項(xiàng)目的資助。段紅教授簡(jiǎn)介段巧紅教，北京大學(xué)博士，美馬薩諸塞大學(xué)博士后長(zhǎng)期從事十字花科植受精機(jī)理研究，2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授以來(lái)，聚焦大白自交不親和及遠(yuǎn)緣雜生殖隔離的調(diào)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(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，為蔬菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)和新品種培育奠定堅(jiān)的基礎(chǔ)。山東農(nóng)業(yè)大歡迎更多有志青年科家加入蔬菜生殖機(jī)理育種應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，共同事蔬菜育種事業(yè)?
