11月21日凌晨，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅教授團(tuán)隊(duì)的重要成果。研究首次鑒定出觸發(fā)白菜等十字花科植物遠(yuǎn)緣生殖隔離的關(guān)鍵花粉信號分子SIPS，并解析了遠(yuǎn)緣花粉與雌蕊柱頭的識別機(jī)制。

　　不同物種間都存在生殖隔離，以維持物種遺傳穩(wěn)定性，但這卻是作物遠(yuǎn)緣雜交、提高栽培種抗逆特性的障礙。以山芥屬歐洲山芥為例，作為高抗小菜蛾等害蟲的十字花科植物，它被認(rèn)為是提高白菜抗蟲性的最佳外源優(yōu)異基因供體。然而，由于其與白菜的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)緣雜交嘗試難以成功。

　　白菜與其他物種“通婚難”的核心困境，主要是業(yè)界對生殖隔離調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知不足。

　　2023年，段巧紅團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)白菜等十字花科植物中，雌蕊柱頭上識別自花花粉的SRK受體可以識別遠(yuǎn)緣花粉，啟動(dòng)防御機(jī)制，升高柱頭活性氧，從而抑制遠(yuǎn)緣花粉的生長?！笆只浦参镌谌肟谔幇惭b了一套安檢系統(tǒng)，也就是柱頭SRK受體，用于區(qū)分‘自己人’和‘外來者’?！倍吻杉t說，但觸發(fā)警報(bào)的“遠(yuǎn)緣花粉信號”當(dāng)時(shí)仍是未解之謎。

　　“這一次，我們成功找到了花粉上的信號?！倍吻杉t說。

　　研究表明，對于遠(yuǎn)緣花粉，不論其來自十字花科內(nèi)的哪個(gè)物種，因其都攜帶一種通用的“外來者”標(biāo)識SIPS，可以與柱頭SRK受體跨物種結(jié)合，保障十字花科內(nèi)不同物種的遠(yuǎn)緣花粉都能被柱頭廣泛識別并被抑制。

　　因此，可以通過挑選“安檢系統(tǒng)”較弱的白菜作為母本，結(jié)合活性氧清除劑等手段，有效降低柱頭防御，讓遠(yuǎn)緣花粉順利通過柱頭安檢完成受精。在段巧紅團(tuán)隊(duì)的研究下，白菜與歐洲山芥的雜交胚獲得率由原來的每角果1個(gè)提升至3到6個(gè)。隨后可通過大規(guī)模遠(yuǎn)緣雜交得到大量雜交胚，用于胚挽救、染色體加倍等后續(xù)操作，最終有望獲得含有歐洲山芥優(yōu)異抗蟲基因的白菜種質(zhì)。

　　該研究為中國科協(xié)提出的“2025十大前沿科學(xué)問題”之一——“如何利用作物野生近緣種提升栽培種抗逆特性”提供了切實(shí)可行的解決路徑。中國工程院院士萬建民評價(jià)，段巧紅團(tuán)隊(duì)總結(jié)了十字花科植物生殖隔離的普遍規(guī)律，并建立了高效遠(yuǎn)緣雜交育種技術(shù)體系。這些系列成果將大力推動(dòng)遠(yuǎn)緣育種進(jìn)展，是作物遺傳育種領(lǐng)域的重大突破。

　　“完成受精并得到雜交胚胎后，依然可能存在其他種間生殖隔離阻止胚胎長成植株，這是后續(xù)需要研究的問題?！倍吻杉t說。（曹儒峰 劉姝彤 王靜）

分享讓更多人看到