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)新重要途徑，但生殖離是遠(yuǎn)緣雜交育種“卡脖子”難題，大程度上限制了遠(yuǎn)物種中優(yōu)異基因資的開發(fā)利用。北京間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)段紅教授領(lǐng)銜的蔬菜殖機理與育種應(yīng)用隊的研究成果。???視頻來自山東業(yè)大學(xué)Nature 期刊發(fā)表的文章首頁團(tuán)隊探討遠(yuǎn)緣雜育種的意義和難點研究揭示了大白菜十字花科蔬菜通過控柱頭活性氧水平維持種間生殖隔離分子機理，并研發(fā)打破遠(yuǎn)緣雜交生殖離的育種技術(shù)，成獲得了大白菜的種、屬間遠(yuǎn)緣雜交胚開辟了遠(yuǎn)緣雜交育的新思路和新途徑遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離表型育種“卡脖子難題懸而未決，突理論認(rèn)知局限是關(guān)大白菜是我國北方貯數(shù)量最大的蔬菜全年播種面積約2700萬畝，約占全國蔬菜總播種面積的14.4%。自交不親和育種以及遠(yuǎn)緣雜育種是大白菜等十花科蔬菜非常重要育種技術(shù)。傳統(tǒng)遠(yuǎn)雜交育種主要通過泛測交來選擇雜交本，但這種方式費、費力并且雜交效極低甚至為零。由生殖隔離阻止遠(yuǎn)緣精，很多時候無法得遠(yuǎn)緣雜交胚，后再多的胚胎挽救工也無濟于事。因而解決自交不親和育及遠(yuǎn)緣雜交育種領(lǐng)的“卡脖子”難題充分利用遠(yuǎn)緣物種優(yōu)質(zhì)基因資源，前是對其調(diào)控機制的統(tǒng)解析。大白菜等字花科植物大多具自交不親和性，是型的異花授粉作物育種上通常用蜜蜂粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜可能攜帶同種自花粉、同種異花花粉遠(yuǎn)緣花粉等。蜜蜂粉論文通訊作者段紅教授介紹了十字科植物“擇偶”的雜情況：雌蕊的柱是阻止花粉進(jìn)入的一道屏障，一方面柱頭抑制自花花粉促進(jìn)異花花粉生長利用雜種優(yōu)勢；另方面，柱頭抑制遠(yuǎn)花粉以保持物種遺穩(wěn)定性?！斑h(yuǎn)緣雜單向不親和”這種見現(xiàn)象也令人不解為什么自交不親和物的雌蕊抑制自交和植物的花粉，而過來卻是親和的？頭如何通過自交不和抑制同種自花花？自交不親和植物柱頭如何抑制遠(yuǎn)緣粉？自交親和植物柱頭允許遠(yuǎn)緣花粉長，那如何避免與他物種混雜？柱頭是否存在某種“同花粉優(yōu)先”的機制這些領(lǐng)域仍存在長懸而未決的難題。破遠(yuǎn)緣雜交育種障，獲得屬間雜交胚 如何突破上述困境該團(tuán)隊前期發(fā)現(xiàn)，白菜種內(nèi)自花花粉活柱頭產(chǎn)生活性氧抑制自花花粉。團(tuán)進(jìn)而以遠(yuǎn)緣雜交生隔離與自交不親和表現(xiàn)為柱頭對花粉抑制、以及遠(yuǎn)緣雜單向不親和，這兩現(xiàn)象為出發(fā)點開展本項研究。大白菜交不親和反應(yīng)是柱通過SRK受體識別進(jìn)而抑制自花花粉。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)歐洲山芥等遠(yuǎn)緣花也能通過柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號通路，升高柱活性氧而抑制遠(yuǎn)緣粉。自交親和植物柱頭缺乏有功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉可以穿過柱頭，但現(xiàn)出“同種花粉優(yōu)”的現(xiàn)象，這主要由于種內(nèi)花粉比遠(yuǎn)花粉更快更有效地低柱頭活性氧對花的抑制作用，在與他物種花粉的競爭“勝出”，從而維了生殖隔離?！蹲?》雜志審稿人認(rèn)為該論文闡述了該領(lǐng)內(nèi)原創(chuàng)性的研究成，是系統(tǒng)認(rèn)知十字科植物受精機制的要進(jìn)展，會促進(jìn)相領(lǐng)域的大量討論和一步研究。模式圖通過遠(yuǎn)緣育種技術(shù)得的屬間雜交胚“人振奮的是，通過們研發(fā)的清除柱頭性氧以打破十字花蔬菜遠(yuǎn)緣雜交障礙育種技術(shù)，成功獲了大白菜的種間、間雜交胚，為后續(xù)制突破性新種質(zhì)奠了堅實基礎(chǔ)?！辈?生楊琳欣喜地告訴者，目前該項育種術(shù)正應(yīng)用于十字花蔬菜育種。充分利遠(yuǎn)緣物種優(yōu)異種質(zhì)源，開啟遠(yuǎn)緣雜交種新篇章種業(yè)正邁現(xiàn)代化育種的新階，充分發(fā)掘利用優(yōu)種質(zhì)與基因資源是業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵。雖很多作物及其近緣生種的基因組圖譜陸續(xù)公布，但作物其近緣野生種的基流動受到生殖隔離限制，如何有效利遠(yuǎn)緣物種中的優(yōu)異因資源還是一個難。自交不親和育種遠(yuǎn)緣雜交育種是十花科蔬菜作物非常要的育種技術(shù)。“于我們過去對其調(diào)機制認(rèn)知不足，無在育種技術(shù)上取得破，在很大程度上制了雜交親本的選，導(dǎo)致很多有意義育種項目被迫停滯”段巧紅解釋到。研究成果深入系統(tǒng)解析了十字花科蔬作物自交不親和及緣雜交不親和調(diào)控理，為實現(xiàn)十字花蔬菜作物雜交育種遠(yuǎn)緣雜交育種、及質(zhì)資源創(chuàng)新等重要育種工作，提供了論支撐。所提供的實可行的育種新技，包括打破自交不和的育種技術(shù)及打遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離育種技術(shù)，是十字科蔬菜育種的共性鍵核心技術(shù)，極大提高了親本繁種效，促進(jìn)了蔬菜種質(zhì)源開發(fā)利用，開啟遠(yuǎn)緣雜交育種的新章。專家點評中國程院院士、湖南農(nóng)大學(xué)校長鄒學(xué)校教評價說，該研究系解析了遠(yuǎn)緣雜交生隔離的形成機理，發(fā)了打破生殖隔離遠(yuǎn)緣育種技術(shù)，兼理論創(chuàng)新性與育種用價值，是植物生生物學(xué)與雜交育種域的標(biāo)志性成果，關(guān)理論和技術(shù)將對菜育種工作產(chǎn)生深影響。中國熱帶農(nóng)科學(xué)院院長黃三文究員評價說，段巧教授開展的遠(yuǎn)緣雜生殖隔離的形成機及打破生殖隔離的種技術(shù)研究對于種創(chuàng)新具有重要意義該研究突破了目前白菜主要利用種內(nèi)交育種的傳統(tǒng)思路通過新技術(shù)將遠(yuǎn)緣種的優(yōu)異基因資源入栽培種，拓寬種遺傳范圍，將極大促進(jìn)十字花科遠(yuǎn)緣種中優(yōu)異基因資源開發(fā)利用，為突破種質(zhì)的創(chuàng)制和新品培育奠定堅實的基。該項研究對于其作物的野生資源利也提供了新思路。東農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文一完成單位，段巧教授和美國馬薩諸大學(xué)的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作。黃家保副教授、士生楊琳為共同第作者。山東農(nóng)業(yè)大張憲省教授、王年授，河南省農(nóng)業(yè)科院張曉偉研究員、玉香研究員、魏小助理研究員，華中業(yè)大學(xué)馬朝芝教授王鵬蔚教授、戴成教授，青島農(nóng)業(yè)大程斐副教授等參與項研究。該研究得了國家自然科學(xué)基、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)高次人才啟動經(jīng)費、東省自然科學(xué)基金點項目和重大基礎(chǔ)目的資助。段巧紅授簡介段巧紅教授北京大學(xué)博士，美馬薩諸塞大學(xué)博士，長期從事十字花植物受精機理研究2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授以來聚焦大白菜自交不和及遠(yuǎn)緣雜交生殖離的調(diào)控機制，成發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關(guān)育種新技授權(quán)2項國家發(fā)明專利，為蔬菜突破性質(zhì)的創(chuàng)制和新品種育奠定堅實的基礎(chǔ)閃電新聞記者 葛一凡 ?通訊員 王靜 盧麗靜 郭海涵 報道 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