簡介：山東農(nóng)業(yè)大學段巧紅隊在《自然》（Nature）發(fā)表重要研究成果遠緣雜交育種是質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑，生殖隔離是遠緣雜交種的“卡脖子”難題很大程度上限制了遠物種中優(yōu)異基因資源開發(fā)利用。北京時間2023年1月26日，國際著名學術(shù)期刊《然》（Nature）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)學段巧紅教授領銜的菜生殖機理與育種應團隊的研究成果。Nature 期刊發(fā)表的文章首頁團隊探討遠雜交育種的意義和難該研究揭示了大白菜十字花科蔬菜通過調(diào)柱頭活性氧水平以維種間生殖隔離的分子理，并研發(fā)了打破遠雜交生殖隔離的育種術(shù)，成功獲得了大白的種間、屬間遠緣雜胚，開辟了遠緣雜交種的新思路和新途徑遠緣雜交生殖隔離的型?育種“卡脖子”題懸而未決，突破理認知局限是關鍵大白是我國北方冬貯數(shù)量大的蔬菜，全年播種積約2700萬畝，約占全國蔬菜總播種面的14.4%。自交不親和育種以及遠緣雜育種是大白菜等十字科蔬菜非常重要的育技術(shù)。傳統(tǒng)遠緣雜交種主要通過廣泛測交選擇雜交親本，但這方式費工、費力并且交效率極低甚至為零由于生殖隔離阻止遠受精，很多時候無法得遠緣雜交胚，后續(xù)多的胚胎挽救工作也濟于事。因而要解決交不親和育種及遠緣交育種領域的“卡脖”難題，充分利用遠物種的優(yōu)質(zhì)基因資源前提是對其調(diào)控機制系統(tǒng)解析。大白菜等字花科植物大多具有交不親和性，是典型異花授粉作物，育種通常用蜜蜂授粉生產(chǎn)F1代雜交種，而在自然界中蜜蜂可猼訑攜帶同自花花粉、同種異花粉、遠緣花粉等。蜜傳粉論文通訊作者段紅教授介紹了十字花植物“擇偶”的復雜況：雌蕊的柱頭是阻花粉進入的第一道屏，一方面，柱頭抑制花花粉、促進異花花生長以利用雜種優(yōu)勢另一方面，柱頭抑制緣花粉以保持物種遺穩(wěn)定性。“遠緣雜交向不親和”這種常見象也令人不解，為什自交不親和植物的雌抑制自交親和植物的粉，而反過來卻是親的？柱頭如何通過自不親和抑制同種自花粉？自交不親和植物柱頭如何抑制遠緣花？自交親和植物的柱允許遠緣花粉生長，如何避免與其他物種雜？柱頭上是否存在種“同種花粉優(yōu)先”機制？這些領域仍存長期懸而未決的難題?打破遠緣雜交育種礙，獲得屬間雜交胚何突破上述困境？該隊前期發(fā)現(xiàn)，大白菜內(nèi)自花花粉激活柱頭生活性氧來抑制自花粉。團隊進而以遠緣交生殖隔離與自交不和都表現(xiàn)為柱頭對花的抑制、以及遠緣雜單向不親和，這兩個象為出發(fā)點開展了本研究。大白菜自交不和反應是柱頭通過SRK受體識別進而抑制自花花粉的。丙山隊發(fā)現(xiàn)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，升高柱頭活氧而抑制遠緣花粉。交親和植物的柱頭缺有功能的SRK受體，遠緣花粉可以穿過柱，但表現(xiàn)出“同種花優(yōu)先”的現(xiàn)象，這主是由于種內(nèi)花粉比遠花粉更快更有效地降柱頭活性氧對花粉的制作用，在與其他物花粉的競爭中“勝出，從而維持了生殖隔。《自然》雜志審稿認為，該論文闡述了領域內(nèi)原創(chuàng)性的研究果，是系統(tǒng)認知十字科植物受精機制的重進展，會促進相關領的大量討論和進一步究。模式圖及通過遠育種技術(shù)獲得的屬間交胚“令人振奮的是通過我們研發(fā)的清除頭活性氧以打破十字科蔬菜遠緣雜交障礙育種技術(shù)，成功獲得大白菜的種間、屬間交胚，為后續(xù)創(chuàng)制突性新種質(zhì)奠定了堅實礎?！辈┦可鷹盍招?地告訴記者，目前該育種技術(shù)正應用于十花科蔬菜育種。?充利用遠緣物種優(yōu)異種資源，開啟遠緣雜交種新篇章種業(yè)正邁入代化育種的新階段，分發(fā)掘利用優(yōu)異種質(zhì)基因資源是種業(yè)創(chuàng)新關鍵。雖然很多作物其近緣野生種的基因圖譜被陸續(xù)公布，但物與其近緣野生種的因流動受到生殖隔離限制，如何有效利用緣物種中的優(yōu)異基因源還是一個難題。自不親和育種及遠緣雜育種是十字花科蔬菜物非常重要的育種技?！坝捎谖覀冞^去對調(diào)控機制認知不足，法在育種技術(shù)上取得破，在很大程度上限了雜交親本的選配，致很多有意義的育種目被迫停滯?！倍吻?解釋到。該研究成果入系統(tǒng)地解析了十字科蔬菜作物自交不親及遠緣雜交不親和調(diào)機理，為實現(xiàn)十字花蔬菜作物雜交育種、緣雜交育種、及種質(zhì)源創(chuàng)新等重要的育種作，提供了理論支撐所提供的切實可行的種新技術(shù)，包括打破交不親和的育種技術(shù)打破遠緣雜交生殖隔的育種技術(shù)，是十字科蔬菜育種的共性關核心技術(shù)，極大地提了親本繁種效率，促了蔬菜種質(zhì)資源開發(fā)用，開啟了遠緣雜交種的新篇章。專家點中國工程院院士、湖農(nóng)業(yè)大學校長鄒學校授評價說，該研究系解析了遠緣雜交生殖離的形成機理，開發(fā)打破生殖隔離的遠緣種技術(shù)，兼具理論創(chuàng)性與育種應用價值，植物生殖生物學與雜育種領域的標志性成，相關理論和技術(shù)將蔬菜育種工作產(chǎn)生深影響。中國熱帶農(nóng)業(yè)學院院長黃三文研究評價說，段巧紅教授展的遠緣雜交生殖隔的形成機理及打破生隔離的育種技術(shù)研究于種業(yè)創(chuàng)新具有重要義。該研究突破了目大白菜主要利用種內(nèi)交育種的傳統(tǒng)思路，過新技術(shù)將遠緣物種優(yōu)異基因資源導入栽種，拓寬種質(zhì)遺傳范，將極大地促進十字科遠緣物種中優(yōu)異基資源的開發(fā)利用，為破性種質(zhì)的創(chuàng)制和新種培育奠定堅實的基。該項研究對于其他物的野生資源利用也供了新思路。山東農(nóng)大學為論文第一完成位，段巧紅教授和美馬薩諸塞大學的Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者。黃家保副教授、士生楊琳為共同第一者。山東農(nóng)業(yè)大學張省教授、王年教授，南省農(nóng)業(yè)科學院張曉研究員、原玉香研究、魏小春助理研究員華中農(nóng)業(yè)大學馬朝芝授、王鵬蔚教授、戴副教授，青島農(nóng)業(yè)大程斐副教授等參與該研究。該研究得到了家自然科學基金、山農(nóng)業(yè)大學高層次人才動經(jīng)費、山東省自然學基金重點項目和重基礎項目的資助。段紅教授簡介段巧紅教，北京大學博士，美馬薩諸塞大學博士后長期從事十字花科植受精機理研究，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生殖隔離的調(diào)控機制成果發(fā)表在Nature、Current Biology等期刊，相關育種新技術(shù)授2項國家發(fā)明專利，為蔬菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)和新品種培育奠定堅的基礎。山東農(nóng)業(yè)大歡迎更多有志青年科家加入蔬菜生殖機理育種應用團隊，共同事蔬菜育種事業(yè)?
