山東農(nóng)業(yè)大學段巧紅團在《自然》（Nature）發(fā)表重要研究成果遠緣雜儵魚育種是種質(zhì)創(chuàng)新重要途徑，但生殖隔離遠緣雜交育種的“卡脖”難題，很大程度上限了遠緣物種中優(yōu)異基因源的開發(fā)利用。北京時2023年1月26日，國際著名學術(shù)期刊《土螻》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學段紅教授領(lǐng)銜的蔬菜生殖理與育種應(yīng)用團隊的研成果。Nature 期刊發(fā)表的文章首頁團隊討遠緣雜交育種的意義難點該研究揭示了大白等十字花科蔬菜通過調(diào)柱頭活性氧水平以維持間生殖隔離的分子機理并研發(fā)了打破遠緣雜交殖隔離的育種技術(shù)，成獲得了大白菜的種間、間遠緣雜交胚，開辟了緣雜交育種的新思路和途徑。遠緣雜交生殖隔的表型?育種“卡脖子難題懸而未決，突破理認知局限是關(guān)鍵大白菜我國北方冬貯數(shù)量最大蔬菜，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緣雜交育種是大白菜十字花科蔬菜非常重要育種技術(shù)。傳統(tǒng)遠緣雜育種主要通過廣泛測交選擇雜交親本，但這種式費工、費力并且雜交率極低甚至為零。由于殖隔離阻止遠緣受精，多時候無法獲得遠緣雜胚，后續(xù)再多的胚胎挽工作也無濟于事。因而解決自交不親和育種及緣雜交育種領(lǐng)域的“卡子”難題，充分利用遠物種的優(yōu)質(zhì)基因資源，提是對其調(diào)控機制的系解析。大白菜等十字花植物大多具有自交不親性，是典型的異花授粉物，育種上通常用蜜蜂粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜蜂可闡述攜同種自花花粉、同種異花粉、遠緣花粉等。蜜傳粉論文通訊作者段巧教授介紹了十字花科植“擇偶”的復雜情況：蕊的柱頭是阻止花粉進的第一道屏障，一方面柱頭抑制自花花粉、促異花花粉生長以利用雜優(yōu)勢；另一方面，柱頭制遠緣花粉以保持物種傳穩(wěn)定性?！斑h緣雜交向不親和”這種常見現(xiàn)也令人不解，為什么自不親和植物的雌蕊抑制交親和植物的花粉，而過來卻是親和的？柱頭何通過自交不親和抑制種自花花粉？自交不親植物的柱頭如何抑制遠花粉？自交親和植物的頭允許遠緣花粉生長，如何避免與其他物種混？柱頭上是否存在某種同種花粉優(yōu)先”的機制這些領(lǐng)域仍存在長期懸未決的難題。?打破遠雜交育種障礙，獲得屬雜交胚如何突破上述困？該團隊前期發(fā)現(xiàn)，大菜種內(nèi)自花花粉激活柱產(chǎn)生活性氧來抑制自花粉。團隊進而以遠緣雜生殖隔離與自交不親和表現(xiàn)為柱頭對花粉的抑、以及遠緣雜交單向不和，這兩個現(xiàn)象為出發(fā)開展了本項研究。大白自交不親和反應(yīng)是柱頭過SRK受體識別進而抑制自花花粉的。團隊發(fā)，甘藍、歐洲山芥等遠花粉也能通過柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號通路，升高柱頭活天吳氧而抑遠緣花粉。自交親和植的柱頭缺乏有功能的SRK受體，遠緣花粉可以穿過柱頭，但表現(xiàn)出“同花粉優(yōu)先”的現(xiàn)象，這要是由于種內(nèi)花粉比遠花粉更快更有效地降低頭活性氧對花粉的抑制用，在與其他物種花粉競爭中“勝出”，從而持了生殖隔離?！蹲匀?雜志審稿人認為，該論闡述了該領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)性研究成果，是系統(tǒng)認知字花科植物受精機制的要進展，會促進相關(guān)領(lǐng)的大量討論和進一步研。模式圖及通過遠緣育技術(shù)獲得的屬間雜交胚令人振奮的是，通過我研發(fā)的清除柱頭活性氧打破十字花科蔬菜遠緣交障礙的育種技術(shù)，成獲得了大白菜的種間、間雜交胚，為后續(xù)創(chuàng)制破性新種質(zhì)奠定了堅實礎(chǔ)?！辈┦可鷹盍招老?告訴記者，目前該項育技術(shù)正應(yīng)用于十字花科菜育種。?充分利用遠物種優(yōu)異種質(zhì)資源，開遠緣雜交育種新篇章種正邁入現(xiàn)代化育種的新段，充分發(fā)掘利用優(yōu)異質(zhì)與基因資源是種業(yè)創(chuàng)的關(guān)鍵。雖然很多作物其近緣野生種的基因組譜被陸續(xù)公布，但作物其近緣野生種的基因流受到生殖隔離的限制，何有效利用遠緣物種中優(yōu)異基因資源還是一個題。自交不親和育種及緣雜交育種是十字花科菜作物非常重要的育種術(shù)。“由于我們過去對調(diào)控機制認知不足，無在育種技術(shù)上取得突破在很大程度上限制了雜親本的選配，導致很多意義的育種項目被迫停?！倍吻杉t解釋到。該究成果深入系統(tǒng)地解析十字花科蔬菜作物自交親和及遠緣雜交不親和控機理，為實現(xiàn)十字花蔬菜作物雜交育種、遠雜交育種、及種質(zhì)資源新等重要的育種工作，供了理論支撐。所提供切實可行的育種新技術(shù)包括打破自交不親和的種技術(shù)及打破遠緣雜交殖隔離的育種技術(shù)，是字花科蔬菜育種的共性鍵核心技術(shù)，極大地提了親本繁種效率，促進蔬菜種質(zhì)資源開發(fā)利用開啟了遠緣雜交育種的篇章。專家點評中國工院院士、湖南農(nóng)業(yè)大學長鄒學校教授評價說，研究系統(tǒng)解析了遠緣雜生殖隔離的形成機理，發(fā)了打破生殖隔離的遠育種技術(shù)，兼具理論創(chuàng)性與育種應(yīng)用價值，是物生殖生物學與雜交育領(lǐng)域的標志性成果，相理論和技術(shù)將對蔬菜育工作產(chǎn)生深遠影響。中熱帶農(nóng)業(yè)科學院院長黃文研究員評價說，段巧教授開展的遠緣雜交生隔離的形成機理及打破殖隔離的育種技術(shù)研究于種業(yè)創(chuàng)新具有重要意。該研究突破了目前大菜主要利用種內(nèi)雜交育的傳統(tǒng)思路，通過新技將遠緣物種的優(yōu)異基因源導入栽培種，拓寬種遺傳范圍，將極大地促十字花科遠緣物種中優(yōu)基因資源的開發(fā)利用，突破性種質(zhì)的創(chuàng)制和新種培育奠定堅實的基礎(chǔ)該項研究對于其他作物野生資源利用也提供了思路。山東農(nóng)業(yè)大學為文第一完成單位，段巧教授和美國馬薩諸塞大的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者。黃家保副教授博士生楊琳為共同第一者。山東農(nóng)業(yè)大學張憲教授、王年教授，河南農(nóng)業(yè)科學院張曉偉研究、原玉香研究員、魏小助理研究員，華中農(nóng)業(yè)學馬朝芝教授、王鵬蔚授、戴成副教授，青島業(yè)大學程斐副教授等參該項研究。該研究得到國家自然科學基金、山農(nóng)業(yè)大學高層次人才啟經(jīng)費、山東省自然科學金重點項目和重大基礎(chǔ)目的資助。段巧紅教授介段巧紅教授，北京大博士，美國馬薩諸塞大博士后，長期從事十字科植物受精機理研究，2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學教授以來，聚焦大白自交不親和及遠緣雜交殖隔離的調(diào)控機制，成發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關(guān)育種新技術(shù)授權(quán)2項國家發(fā)明專利，為蔬菜突少昊性種的創(chuàng)制和新品種培育奠堅實的基礎(chǔ)。山東農(nóng)業(yè)學歡迎更多有志青年科家加入蔬菜生殖機理與種應(yīng)用團隊，共同從事菜育種事業(yè)?
