山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段紅團(tuán)隊(duì)在《自然(Nature)發(fā)表重要研究成遠(yuǎn)緣雜交育種是質(zhì)創(chuàng)新的重要途,但生殖隔離是緣雜交育種的“脖子”難題,很程度上限制了遠(yuǎn)物種中優(yōu)異基因源的開發(fā)利用。京時(shí)間2023年1月26日,國際著名學(xué)術(shù)期刊《然》(Nature)在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧教授領(lǐng)銜的蔬菜殖機(jī)理與育種應(yīng)團(tuán)隊(duì)的研究成果Nature 期刊發(fā)表的文章首團(tuán)隊(duì)探討遠(yuǎn)緣雜育種的意義和難該研究揭示了大菜等十字花科蔬通過調(diào)控柱頭活氧水平以維持種生殖隔離的分子理,并研發(fā)了打遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的育種技術(shù),成獲得了大白菜的間、屬間遠(yuǎn)緣雜胚,開辟了遠(yuǎn)緣交育種的新思路新途徑。遠(yuǎn)緣雜生殖隔離的表型育種“卡脖子”題懸而未決,突理論認(rèn)知局限是鍵大白菜是我國方冬貯數(shù)量最大蔬菜,全年播種積約2700萬畝,約占全國蔬菜播種面積的14.4%。自交不親和育種以及遠(yuǎn)緣雜育種是大白菜等字花科蔬菜非常要的育種技術(shù)。統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜交育種要通過廣泛測交選擇雜交親本,這種方式費(fèi)工、力并且雜交效率低甚至為零。由生殖隔離阻止遠(yuǎn)受精,很多時(shí)候法獲得遠(yuǎn)緣雜交,后續(xù)再多的胚挽救工作也無濟(jì)事。因而要解決交不親和育種及緣雜交育種領(lǐng)域“卡脖子”難題充分利用遠(yuǎn)緣物的優(yōu)質(zhì)基因資源前提是對其調(diào)控制的系統(tǒng)解析。白菜等十字花科物大多具有自交親和性,是典型異花授粉作物,種上通常用蜜蜂粉生產(chǎn)F1代雜交種,而在自然界蜜蜂可能攜帶同自花花粉、同種花花粉、遠(yuǎn)緣花等。蜜蜂傳粉論通訊作者段巧紅授介紹了十字花植物“擇偶”的雜情況:雌蕊的頭是阻止花粉進(jìn)的第一道屏障,方面,柱頭抑制花花粉、促進(jìn)異花粉生長以利用種優(yōu)勢;另一方,柱頭抑制遠(yuǎn)緣粉以保持物種遺穩(wěn)定性?!斑h(yuǎn)緣交單向不親和”種常見現(xiàn)象也令不解,為什么自不親和植物的雌抑制自交親和植的花粉,而反過卻是親和的?柱如何通過自交不和抑制同種自花粉?自交不親和物的柱頭如何抑遠(yuǎn)緣花粉?自交和植物的柱頭允遠(yuǎn)緣花粉生長,如何避免與其他種混雜?柱頭上否存在某種“同花粉優(yōu)先”的機(jī)?這些領(lǐng)域仍存長期懸而未決的題。?打破遠(yuǎn)緣交育種障礙,獲屬間雜交胚如何破上述困境?該隊(duì)前期發(fā)現(xiàn),大菜種內(nèi)自花花粉活柱頭產(chǎn)生活性來抑制自花花粉團(tuán)隊(duì)進(jìn)而以遠(yuǎn)緣交生殖隔離與自不親和都表現(xiàn)為頭對花粉的抑制以及遠(yuǎn)緣雜交單不親和,這兩個(gè)象為出發(fā)點(diǎn)開展本項(xiàng)研究。大白自交不親和反應(yīng)柱頭通過SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制花花粉的。團(tuán)隊(duì)現(xiàn),甘藍(lán)、歐洲芥等遠(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,升柱頭活性氧而抑遠(yuǎn)緣花粉。自交和植物的柱頭缺有功能的SRK受體,遠(yuǎn)緣花粉可穿過柱頭,但表出“同種花粉優(yōu)”的現(xiàn)象,這主是由于種內(nèi)花粉遠(yuǎn)緣花粉更快更效地降低柱頭活氧對花粉的抑制用,在與其他物花粉的競爭中“出”,從而維持生殖隔離。《自》雜志審稿人認(rèn),該論文闡述了領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性的究成果,是系統(tǒng)知十字花科植物精機(jī)制的重要進(jìn),會(huì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)的大量討論和進(jìn)步研究。模式圖通過遠(yuǎn)緣育種技獲得的屬間雜交“令人振奮的是通過我們研發(fā)的除柱頭活性氧以破十字花科蔬菜緣雜交障礙的育技術(shù),成功獲得大白菜的種間、間雜交胚,為后創(chuàng)制突破性新種奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)”博士生楊琳欣地告訴記者,目該項(xiàng)育種技術(shù)正用于十字花科蔬育種。?充分利遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異種資源,開啟遠(yuǎn)緣交育種新篇章種正邁入現(xiàn)代化育的新階段,充分掘利用優(yōu)異種質(zhì)基因資源是種業(yè)新的關(guān)鍵。雖然多作物及其近緣生種的基因組圖被陸續(xù)公布,但物與其近緣野生的基因流動(dòng)受到殖隔離的限制,何有效利用遠(yuǎn)緣種中的優(yōu)異基因源還是一個(gè)難題自交不親和育種遠(yuǎn)緣雜交育種是字花科蔬菜作物常重要的育種技?!坝捎谖覀冞^對其調(diào)控機(jī)制認(rèn)不足,無法在育技術(shù)上取得突破在很大程度上限了雜交親本的選,導(dǎo)致很多有意的育種項(xiàng)目被迫滯?!倍吻杉t解到。該研究成果入系統(tǒng)地解析了字花科蔬菜作物交不親和及遠(yuǎn)緣交不親和調(diào)控機(jī),為實(shí)現(xiàn)十字花蔬菜作物雜交育、遠(yuǎn)緣雜交育種及種質(zhì)資源創(chuàng)新重要的育種工作提供了理論支撐所提供的切實(shí)可的育種新技術(shù),括打破自交不親的育種技術(shù)及打遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的育種技術(shù),是字花科蔬菜育種共性關(guān)鍵核心技,極大地提高了本繁種效率,促了蔬菜種質(zhì)資源發(fā)利用,開啟了緣雜交育種的新章。專家點(diǎn)評(píng)中工程院院士、湖農(nóng)業(yè)大學(xué)校長鄒校教授評(píng)價(jià)說,研究系統(tǒng)解析了緣雜交生殖隔離形成機(jī)理,開發(fā)打破生殖隔離的緣育種技術(shù),兼理論創(chuàng)新性與育應(yīng)用價(jià)值,是植生殖生物學(xué)與雜育種領(lǐng)域的標(biāo)志成果,相關(guān)理論技術(shù)將對蔬菜育工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)影。中國熱帶農(nóng)業(yè)學(xué)院院長黃三文究員評(píng)價(jià)說,段紅教授開展的遠(yuǎn)雜交生殖隔離的成機(jī)理及打破生隔離的育種技術(shù)究對于種業(yè)創(chuàng)新有重要意義。該究突破了目前大菜主要利用種內(nèi)交育種的傳統(tǒng)思,通過新技術(shù)將緣物種的優(yōu)異基資源導(dǎo)入栽培種拓寬種質(zhì)遺傳范,將極大地促進(jìn)字花科遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異基因資源的發(fā)利用,為突破種質(zhì)的創(chuàng)制和新種培育奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該項(xiàng)研究于其他作物的野資源利用也提供新思路。山東農(nóng)大學(xué)為論文第一成單位,段巧紅授和美國馬薩諸大學(xué)的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者法家黃家保教授、博士生楊為共同第一作者山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張省教授、王年教,河南省農(nóng)業(yè)科院張曉偉研究員原玉香研究員、小春助理研究員華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬芝教授、王鵬蔚授、戴成副教授青島農(nóng)業(yè)大學(xué)程副教授等參與該研究。該研究得了國家自然科學(xué)金、山東農(nóng)業(yè)大高層次人才啟動(dòng)費(fèi)、山東省自然學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目重大基礎(chǔ)項(xiàng)目的助。段巧紅教授介段巧紅教授,京大學(xué)博士,美馬薩諸塞大學(xué)博后,長期從事十花科植物受精機(jī)研究,2017年起任山東農(nóng)業(yè)大教授以來,聚焦白菜自交不親和遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的調(diào)控機(jī)制,成發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊,相關(guān)育種新技術(shù)授權(quán)2項(xiàng)國家發(fā)明專利,蔬菜突破性種質(zhì)創(chuàng)制和新品種培奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)歡更多有志青年科家加入蔬菜生殖理與育種應(yīng)用團(tuán),共同從事蔬菜種事業(yè)?