山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧團(tuán)隊在《自然》（Nature）發(fā)表重要研究成果遠(yuǎn)緣雜育種是種質(zhì)創(chuàng)新的要途徑，但生殖隔是遠(yuǎn)緣雜交育種的卡脖子”難題，很程度上限制了遠(yuǎn)緣種中優(yōu)異基因資源開發(fā)利用。北京時2023年1月26日，國際著名學(xué)術(shù)刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧教授領(lǐng)銜的蔬菜生機(jī)理與育種應(yīng)用團(tuán)的研究成果。Nature 期刊發(fā)表的文章首頁團(tuán)隊探討緣雜交育種的意義難點該研究揭示了白菜等十字花科蔬通過調(diào)控柱頭活性水平以維持種間生隔離的分子機(jī)理，研發(fā)了打破遠(yuǎn)緣雜生殖隔離的育種技，成功獲得了大白的種間、屬間遠(yuǎn)緣交胚，開辟了遠(yuǎn)緣交育種的新思路和途徑。遠(yuǎn)緣雜交生隔離的表型?育種卡脖子”難題懸而決，突破理論認(rèn)知限是關(guān)鍵大白菜是國北方冬貯數(shù)量最的蔬菜，全年播種積約2700萬畝，約占全國蔬菜總播面積的14.4%。自交不親和育種以遠(yuǎn)緣雜交育種是大菜等十字花科蔬菜常重要的育種技術(shù)傳統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜交育種要通過廣泛測交來擇雜交親本，但這方式費工、費力并雜交效率極低甚至零。由于生殖隔離止遠(yuǎn)緣受精，很多候無法獲得遠(yuǎn)緣雜胚，后續(xù)再多的胚挽救工作也無濟(jì)于。因而要解決自交親和育種及遠(yuǎn)緣雜育種領(lǐng)域的“卡脖”難題，充分利用緣物種的優(yōu)質(zhì)基因源，前提是對其調(diào)機(jī)制的系統(tǒng)解析。白菜等十字花科植大多具有自交不親性，是典型的異花粉作物，育種上通用蜜蜂授粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自界中蜜蜂可能攜帶種自花花粉、同種花花粉、遠(yuǎn)緣花粉。蜜蜂傳粉論文通作者段巧紅教授介了十字花科植物“偶”的復(fù)雜情況：蕊的柱頭是阻止花進(jìn)入的第一道屏障一方面，柱頭抑制花花粉、促進(jìn)異花粉生長以利用雜種勢；另一方面，柱抑制遠(yuǎn)緣花粉以保物種遺傳穩(wěn)定性。遠(yuǎn)緣雜交單向不親”這種常見現(xiàn)象也人不解，為什么自不親和植物的雌蕊制自交親和植物的粉，而反過來卻是和的？柱頭如何通自交不親和抑制同自花花粉？自交不和植物的柱頭如何制遠(yuǎn)緣花粉？自交和植物的柱頭允許緣花粉生長，那如避免與其他物種混？柱頭上是否存在種“同種花粉優(yōu)先的機(jī)制？這些領(lǐng)域存在長期懸而未決難題。?打破遠(yuǎn)緣交育種障礙，獲得間雜交胚如何突破述困境？該團(tuán)隊前發(fā)現(xiàn)，大白菜種內(nèi)花花粉激活柱頭產(chǎn)活性氧來抑制自花粉。團(tuán)隊進(jìn)而以遠(yuǎn)雜交生殖隔離與自不親和都表現(xiàn)為柱對花粉的抑制、以遠(yuǎn)緣雜交單向不親，這兩個現(xiàn)象為出點開展了本項研究大白菜自交不親和應(yīng)是柱頭通過SRK受體識別進(jìn)而抑制花花粉的。團(tuán)隊發(fā)，甘藍(lán)、歐洲山芥遠(yuǎn)緣花粉也能通過頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號通路升高柱頭活性氧而制遠(yuǎn)緣花粉。自交和植物的柱頭缺乏功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉可以穿過頭，但表現(xiàn)出“同花粉優(yōu)先”的現(xiàn)象這主要是由于種內(nèi)粉比遠(yuǎn)緣花粉更快有效地降低柱頭活氧對花粉的抑制作，在與其他物種花的競爭中“勝出”從而維持了生殖隔?！蹲匀弧冯s志審人認(rèn)為，該論文闡了該領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性研究成果，是系統(tǒng)知十字花科植物受機(jī)制的重要進(jìn)展，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的大討論和進(jìn)一步研究模式圖及通過遠(yuǎn)緣種技術(shù)獲得的屬間交胚“令人振奮的，通過我們研發(fā)的除柱頭活性氧以打十字花科蔬菜遠(yuǎn)緣?交障礙的育種技術(shù)成功獲得了大白菜種間、屬間雜交胚為后續(xù)創(chuàng)制突破性種質(zhì)奠定了堅實基。”博士生楊琳欣地告訴記者，目前項育種技術(shù)正應(yīng)用十字花科蔬菜育種?充分利用遠(yuǎn)緣物優(yōu)異種質(zhì)資源，開遠(yuǎn)緣雜交育種新篇種業(yè)正邁入現(xiàn)代化種的新階段，充分掘利用優(yōu)異種質(zhì)與因資源是種業(yè)創(chuàng)新關(guān)鍵。雖然很多作及其近緣野生種的因組圖譜被陸續(xù)公，但作物與其近緣生種的基因流動受生殖隔離的限制，何有效利用遠(yuǎn)緣物中的優(yōu)異基因資源是一個難題。自交親和育種及遠(yuǎn)緣雜育種是十字花科蔬作物非常重要的育技術(shù)?！坝捎谖覀?去對其調(diào)控機(jī)制認(rèn)不足，無法在育種術(shù)上取得突破，在大程度上限制了雜親本的選配，導(dǎo)致多有意義的育種項被迫停滯。”段巧解釋到。該研究成深入系統(tǒng)地解析了字花科蔬菜作物自不親和及遠(yuǎn)緣雜交親和調(diào)控機(jī)理，為現(xiàn)十字花科蔬菜作雜交育種、遠(yuǎn)緣雜育種、及種質(zhì)資源新等重要的育種工，提供了理論支撐所提供的切實可行育種新技術(shù)，包括破自交不親和的育技術(shù)及打破遠(yuǎn)緣雜生殖隔離的育種技，是十字花科蔬菜種的共性關(guān)鍵核心術(shù)，極大地提高了本繁種效率，促進(jìn)蔬菜種質(zhì)資源開發(fā)用，開啟了遠(yuǎn)緣雜育種的新篇章。專點評中國工程院院、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)校鄒學(xué)校教授評價說該研究系統(tǒng)解析了緣雜交生殖隔離的成機(jī)理，開發(fā)了打生殖隔離的遠(yuǎn)緣育技術(shù)，兼具理論創(chuàng)性與育種應(yīng)用價值是植物生殖生物學(xué)雜交育種領(lǐng)域的標(biāo)性成果，相關(guān)理論技術(shù)將對蔬菜育種作產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院長黃三文研究員評說，段巧紅教授開的遠(yuǎn)緣雜交生殖隔的形成機(jī)理及打破殖隔離的育種技術(shù)究對于種業(yè)創(chuàng)新具重要意義。該研究破了目前大白菜主利用種內(nèi)雜交育種傳統(tǒng)思路，通過新術(shù)將遠(yuǎn)緣物種的優(yōu)基因資源導(dǎo)入栽培，拓寬種質(zhì)遺傳范，將極大地促進(jìn)十花科遠(yuǎn)緣物種中優(yōu)基因資源的開發(fā)利，為突破性種質(zhì)的制和新品種培育奠堅實的基礎(chǔ)。該項究對于其他作物的生資源利用也提供新思路。山東農(nóng)業(yè)學(xué)為論文第一完成位，段巧紅教授和國馬薩諸塞大學(xué)的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者。黃家副教授、博士生楊為共同第一作者。東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省授、王年教授，河省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張曉研究員、原玉香研員、魏小春助理研員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)朝芝教授、王鵬蔚授、戴成副教授，島農(nóng)業(yè)大學(xué)程斐副授等參與該項研究該研究得到了國家然科學(xué)基金、山東業(yè)大學(xué)高層次人才動經(jīng)費、山東省自科學(xué)基金重點項目重大基礎(chǔ)項目的資。段巧紅教授簡介巧紅教授，北京大博士，美國馬薩諸大學(xué)博士后，長期事十字花科植物受機(jī)理研究，2017年起任山東農(nóng)業(yè)大教授以來，聚焦大菜自交不親和及遠(yuǎn)雜交生殖隔離的調(diào)機(jī)制，成果發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關(guān)育種新技術(shù)授權(quán)2項國家發(fā)明專利，為菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)和新品種培育奠定實的基礎(chǔ)。山東農(nóng)大學(xué)歡迎更多有志年科學(xué)家加入蔬菜殖機(jī)理與育種應(yīng)用隊，共同從事蔬菜種事業(yè)?
