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远缘杂交成功大白菜实现“择偶自由”

汉斯出版社

2023-02-09

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将“风马牛不相及”的两个物种撮合，在育种界被称为“远缘杂交”。比如用牧草与小麦杂交，可培育出抗病性强的小麦新品种，但难处在于不同物种之间存在着生殖隔离，卡住了远缘物种中优异基因资源开发利用的“脖子”。

近日，山东农业大学段巧红教授团队在国际学术期刊《自然》上发表研究成果，该团队研发了打破远缘杂交生殖隔离的育种技术，成功获得了大白菜的种间、属间远缘杂交胚，开辟了远缘杂交育种的新思路和新途径。

中国工程院院士邹学校教授评价认为，上述研究系统解析了远缘杂交生殖隔离的形成机理，开发了打破生殖隔离的远缘育种技术，兼具理论创新性与育种应用价值，是植物生殖生物学与杂交育种领域的标志性成果。

“传统远缘杂交育种主要通过广泛测交来选择杂交亲本，但这种方式费工、费力且杂交效率极低，甚至为零。”上述论文通讯作者段巧红教授介绍，“由于生殖隔离阻止远缘受精，很多时候无法获得远缘杂交胚，要解决自交不亲和育种及远缘杂交育种领域的‘卡脖子’难题，关键前提是对其调控机制的系统解析。”

以大白菜为代表的十字花科植物大多具有自交不亲和性，是典型的异花授粉作物。

雌蕊的柱头是阻止花粉进入的第一道屏障。一方面，为了利用杂种优势，柱头如何通过自交不亲和抑制同种自花花粉而促进异花花粉的生长？另一方面，为了保持物种遗传稳定性，而且由于“远缘杂交单向不亲和”这种很常见但令人不解的现象，自交不亲和植物的柱头如何抑制远缘花粉生长？自交亲和植物的柱头虽然允许远缘花粉生长，是否通过某种“同种花粉优先”的机制而避免与其他物种混杂？段巧红表示：“这些都是长期悬而未决的难题。”

该团队以远缘杂交单向不亲和现象为出发点，在前期构建的种内自花花粉激活大白菜柱头产生活性氧来抑制自花花粉的理论基础上开展了本项研究。

大白菜自交不亲和反应是柱头通过SRK受体识别进而抑制自花花粉生长的。该团队发现，甘蓝、欧洲山芥等远缘花粉也能通过柱头SRK受体，激活下游FERONIA受体激酶信号通路，升高柱头活性氧而抑制远缘花粉生长。而自交亲和植物的柱头缺乏有功能的SRK受体，远缘花粉虽然可以穿过柱头，但表现出“同种花粉优先”现象，这主要是由于种内花粉比远缘花粉更快更有效地降低柱头活性氧对花粉的抑制作用，进而维持了生殖隔离。

“令人振奋的是，我们研发的清除柱头活性氧以打破十字花科蔬菜远缘杂交障碍的育种技术，成功获得了大白菜的种间、属间杂交胚，为后续创制突破性新种质奠定了坚实基础。”这一发现让段巧红非常振奋。

据了解，该项技术已应用于十字花科植物育种。