山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧團(tuán)隊(duì)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(shí)2023年1月26日，國(guó)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(yè)團(tuán)隊(duì)探討緣雜交育種的意義難點(diǎn)該研究揭示了白菜等十字花科蔬通過(guò)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(guó)北方冬貯數(shù)量最的蔬菜，全年播種積約2700萬(wàn)畝，約占全國(guó)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(guò)廣泛測(cè)交來(lái)擇雜交親本，但這方式費(fèi)工、費(fèi)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(wú)法獲得遠(yuǎn)緣雜胚，后續(xù)再多的胚挽救工作也無(wú)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(duì)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(zhǎng)以利用雜種勢(shì)；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(guò)來(lái)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(duì)前發(fā)現(xiàn)，大白菜種內(nèi)花花粉激活柱頭產(chǎn)活性氧來(lái)抑制自花粉。團(tuán)隊(duì)進(jìn)而以遠(yuǎn)雜交生殖隔離與自不親和都表現(xiàn)為柱對(duì)花粉的抑制、以遠(yuǎn)緣雜交單向不親，這兩個(gè)現(xiàn)象為出點(diǎn)開展了本項(xiàng)研究大白菜自交不親和應(yīng)是柱頭通過(guò)SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制花花粉的。團(tuán)隊(duì)發(fā)，甘藍(lán)、歐洲山芥遠(yuǎn)緣花粉也能通過(guò)頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號(hào)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(guò)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(duì)花粉的抑制作，在與其他物種花的競(jìng)爭(zhēng)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(guò)遠(yuǎn)緣種技術(shù)獲得的屬間交胚“令人振奮的，通過(guò)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(jiān)實(shí)基。”博士生楊琳欣地告訴記者，目前項(xiàng)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(dòng)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(gè)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(duì)其調(diào)控機(jī)制認(rèn)不足，無(wú)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(xiàng)被迫停滯?！倍吻?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(shí)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(diǎn)評(píng)中國(guó)工程院院、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)校鄒學(xué)校教授評(píng)價(jià)說(shuō)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(jià)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(duì)蔬菜育種作產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院長(zhǎng)黃三文研究員評(píng)說(shuō)，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(duì)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(guò)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該項(xiàng)究對(duì)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(guó)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(xiàng)研究該研究得到了國(guó)家然科學(xué)基金、山東業(yè)大學(xué)高層次人才動(dòng)經(jīng)費(fèi)、山東省自科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目重大基礎(chǔ)項(xiàng)目的資。段巧紅教授簡(jiǎn)介巧紅教授，北京大博士，美國(guó)馬薩諸大學(xué)博士后，長(zhǎng)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(lái)，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(xiàng)國(guó)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(shí)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(duì)，共同從事蔬菜種事業(yè)?
