將“風(fēng)馬牛不相及”的兩個物種撮合，在育種界被稱為“遠(yuǎn)緣雜交”。比如用牧草與小麥雜交，可培育出抗病性強的小麥新品種，但難處在于不同物種之間存在著生殖隔離，卡住了遠(yuǎn)緣物種中優(yōu)異基因資源開發(fā)利用的“脖子”。

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅教授團隊在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表研究成果，該團隊研發(fā)了打破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的育種技術(shù)，成功獲得了大白菜的種間、屬間遠(yuǎn)緣雜交胚，開辟了遠(yuǎn)緣雜交育種的新思路和新途徑。

中國工程院院士鄒學(xué)校教授評價認(rèn)為，上述研究系統(tǒng)解析了遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的形成機理，開發(fā)了打破生殖隔離的遠(yuǎn)緣育種技術(shù)，兼具理論創(chuàng)新性與育種應(yīng)用價值，是植物生殖生物學(xué)與雜交育種領(lǐng)域的標(biāo)志性成果。

“傳統(tǒng)遠(yuǎn)緣雜交育種主要通過廣泛測交來選擇雜交親本，但這種方式費工、費力且雜交效率極低，甚至為零。”上述論文通訊作者段巧紅教授介紹，“由于生殖隔離阻止遠(yuǎn)緣受精，很多時候無法獲得遠(yuǎn)緣雜交胚，要解決自交不親和育種及遠(yuǎn)緣雜交育種領(lǐng)域的‘卡脖子’難題，關(guān)鍵前提是對其調(diào)控機制的系統(tǒng)解析。”

以大白菜為代表的十字花科植物大多具有自交不親和性，是典型的異花授粉作物。

雌蕊的柱頭是阻止花粉進(jìn)入的第一道屏障。一方面，為了利用雜種優(yōu)勢，柱頭如何通過自交不親和抑制同種自花花粉而促進(jìn)異花花粉的生長？另一方面，為了保持物種遺傳穩(wěn)定性，而且由于“遠(yuǎn)緣雜交單向不親和”這種很常見但令人不解的現(xiàn)象，自交不親和植物的柱頭如何抑制遠(yuǎn)緣花粉生長？自交親和植物的柱頭雖然允許遠(yuǎn)緣花粉生長，是否通過某種“同種花粉優(yōu)先”的機制而避免與其他物種混雜？段巧紅表示：“這些都是長期懸而未決的難題。”

該團隊以遠(yuǎn)緣雜交單向不親和現(xiàn)象為出發(fā)點，在前期構(gòu)建的種內(nèi)自花花粉激活大白菜柱頭產(chǎn)生活性氧來抑制自花花粉的理論基礎(chǔ)上開展了本項研究。

大白菜自交不親和反應(yīng)是柱頭通過SRK受體識別進(jìn)而抑制自花花粉生長的。該團隊發(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)、歐洲山芥等遠(yuǎn)緣花粉也能通過柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號通路，升高柱頭活性氧而抑制遠(yuǎn)緣花粉生長。而自交親和植物的柱頭缺乏有功能的SRK受體，遠(yuǎn)緣花粉雖然可以穿過柱頭，但表現(xiàn)出“同種花粉優(yōu)先”現(xiàn)象，這主要是由于種內(nèi)花粉比遠(yuǎn)緣花粉更快更有效地降低柱頭活性氧對花粉的抑制作用，進(jìn)而維持了生殖隔離。

“令人振奮的是，我們研發(fā)的清除柱頭活性氧以打破十字花科蔬菜遠(yuǎn)緣雜交障礙的育種技術(shù)，成功獲得了大白菜的種間、屬間雜交胚，為后續(xù)創(chuàng)制突破性新種質(zhì)奠定了堅實基礎(chǔ)。”這一發(fā)現(xiàn)讓段巧紅非常振奮。

據(jù)了解，該項技術(shù)已應(yīng)用于十字花科植物育種。

作者：王延斌 王靜