米兰官网-破译“通婚”密码：十字花科远缘杂交育种驶入快车道—新闻—科学网

蜜蜂于花丛中穿梭，就像繁忙的“月老”，于花丛中不经意间牵起无数“红线”。使人惊讶的是，每一一朵花的雌蕊都拥有绝佳的“目力眼光”，能从稠浊的花粉中，一眼认出属在本身的那位“意中人”，从而紧紧守住物种之间的边界。这暗地里的秘密，始终深深吸引着科学家。

蜜蜂于十字花科植物的花朵上传粉。受访者供图

每一年年龄时节，山东农业年夜学园艺科学与工程学院传授段巧红的试验田里，各种十字花科植物渐次绽开。

天天早晨阳光洒落，花朵初绽，段巧红便领导团队如蜜蜂般过细地为花朵授粉。这项事情他们一对峙就是近十年——只为揭开十字花科植物远缘生殖断绝的深层秘密。

11月21日，他们的研究结果发表于《科学》杂志。这项事情乐成鉴定出触发十字花科植物远缘生殖断绝的要害花粉旌旗灯号份子SIPS，解析了远缘花粉与雌蕊柱头的辨认机制，并基在此开发出高效的远缘育种技能系统，让十字花科蔬菜远缘育种驶入“快车道”。

看患上见的宝藏，打不破的墙

于万万年的进化中，被子植物孕育发生了自交不亲及机制，即雌蕊的柱头能特异性辨认并按捺自花花粉的萌生及受精，从而促成异花授粉，防止近交阑珊。所谓近交阑珊是指因为父本及母本的亲缘瓜葛过在靠近，致使其儿女呈现糊口力降落、顺应性降低、孳生力降落等阑珊征象。

段巧红（左二）及团队成员于会商课题。受访者供图

许多自交不亲及植物都依赖蜜蜂等虫豸传粉，当蜜蜂身上携带的差别植物的花粉落于雌蕊上时，柱头并不是被动接管，它能从差别物种的花粉中，正确辨认并接纳合适本身的同莳花粉，又能辨认并按捺其他物种的花粉。现实上，雌蕊柱头上高达70%的花粉来自远缘物种。这一神奇的“择偶”能力，其暗地里藏着周密的“生殖断绝”机制。

种间生殖断绝指差别物种之间没法乐成受精或者没法孕育发生可育儿女的天然征象。中国工程院院士、华中农业年夜学传授邓秀新夸大，远缘杂交育种是使用野生近缘种良好性状、晋升栽培种遗传多样性的主要路子，但遭到生殖断绝障碍的制约。

中国工程院院士、中国农业科学院作物科学研究所研究员万建平易近指出，生殖断绝既是物种形成与维持的要害机制，也是作物远缘杂交育种的重要障碍。

于我国，十字花科蔬菜于蔬菜财产中盘踞举足轻重的职位地方，栽培面积占总面积的25%以上。白菜、甘蓝、萝卜等一样平常蔬菜都属在这一科。然而，于持久的人工驯化历程中，作物丢掉了年夜量抗病虫、抗逆等良好抗性基因。这些基因于野生近缘种中患上以完备生存，成为育种家眼中的“宝藏”。

论文配合通信作者段巧红告诉《中国科学报》，以欧洲山芥为例，这类十字花科山芥属野生植物对于小菜蛾等害虫具备极强的抗性，是提高白菜抗虫性的抱负基因供体。但持久以来，育种家测验考试经由过程远缘杂交，将其优秀抗性基因导入白菜，都因生殖断绝而屡屡掉败。

这成了段巧红团队想要霸占的难点。传统远缘杂交育种就像瞽者摸象，育种家只能经由过程年夜范围测交来筛选可用质料，耗时耗力且效率低下。“打破远缘物种的生殖断绝后，能更有用地使用其他物种的优秀基因改进栽培种。”段巧红说。

触发生殖断绝的远缘花粉“通用标识”

段巧红团队从一最先就存眷到了十字花科蔬菜的育种困境，并由此凝炼出三个亟需解决的科学问题：“雌蕊柱头上辨认远缘花粉的受体是甚么，花粉上携带的远缘旌旗灯号份子是甚么，远缘花粉是怎样被柱头按捺的”。团队缭绕这三个要害科学问题睁开对于十字花科植物种间生殖断绝机制的体系研究。

他们在2023年于《天然》发表论文，初次展现了柱头受体SRK不仅辨认自花花粉，还有用在辨认远缘花粉，并启动柱头活性氧这一防备体系，按捺远缘花粉生长。这一发明解开了两个要害问题，并将自交不亲及与远缘杂交生殖断绝接洽起来，为后续研究奠基了基础。

“咱们发明SRK受体同时介入两种生殖断绝时，就像于迷宫中找到了一条新路径。”段巧红回忆道，“《天然》那篇论文虽然找到了辨认远缘花粉的受体，但花粉上携带的远缘旌旗灯号份子是甚么还有不知道”。

团队决议以SRK受体为“钓饵”，采用“左右开弓”的计谋，同时利用酵母双杂交及免疫共沉淀技能，于花粉总卵白中寻觅互作卵白。这两种要领别离筛选出45个及800多个候选卵白，使人欣喜的是，它们的交集只有一个——那就是于花粉中特异表达的小份子卵白SIPS。

论文配合第一作者、山东农业年夜学副传授曹芸运吐露：“这项事情早期最坚苦的环节是试验质料的网络。咱们需要年夜量当天开放的花，我领导着四五个学生花了2个多月才网络到充足的花用在上述互作卵白的鉴定事情。此刻转头来看，咱们真的很是幸运地找到了方针卵白”。

论文配合第一作者、山东农业年夜学副传授杨印庆发明，SIPS于十字花科植物花粉中遍及存于，但于番茄等十字花科之外的物种中没有找到同源基因。敲除了SIPS基因后，拟南芥突变体的花粉乐成“骗过”了白菜柱头的防备体系，顺遂完成受精。相反，于番茄花粉中异源表达SIPS后，原本被“疏忽”的番茄花粉于白菜柱头上居然触发了强烈的防备反映。

段巧红高兴地描写这一发明：“SRK就像柱头的‘安检体系’，而SIPS就像是远缘花粉的‘通用标识’”。只要检测到SIPS旌旗灯号，柱头就会当即拉响警报，经由过程升高活性氧来按捺花粉生长。

她夸大，这一旌旗灯号通路于十字花科植物中高度守旧，差别物种的SIPS与SRK都能跨物种互作，注释了十字花科差别物种间维持生殖断绝的遍及纪律。而于自交不亲及历程中，自花花粉因其携带的SCR“专用标识”，而被SRK特异性的辨认，并被柱头精准按捺。只有种内异花花粉，可以顺遂经由过程柱头安检并完成受精，获得种内杂交儿女。

论文审稿人一致认为，该研究的事情体量、深度和所评估物种的广泛性，都长短常使人信服的。这一发明展现了自交不亲及与远缘杂交生殖断绝机制同享统一受体，但利用差别旌旗灯号份子的份子机制，解开了白菜等十字花科植物生殖进化的一个要害谜题。这一创始性发明，将使该范畴以全新视角从头审阅这两种生殖断绝机制。

一套切实可行的远缘育种技能系统

他们没有让结果仅仅逗留于理论上，而是进一步开发了一套切实可行的远缘杂交技能系统。

论文配合第一作者、博士生崔晓爽向记者先容了这项技能：起首，筛选自交不亲及性弱的白菜质料作为母本；然后，利用反义寡核苷酸按捺SRK表达，或者利用活性氧断根剂瞬时降低柱头防备体系。这套技能体系乐成将白菜与欧洲山芥的杂交效率提高了3~6倍，为胚拯救及染色体加倍等后续操作提供了足够质料。

段巧红夸大：“咱们于传统远缘杂交育种的基础上，选择‘安检体系’本就相对于宽松的白菜质料作为母本，用活性氧断根剂暂时降低柱头的‘防备体系’。这一技能系统具备很强的可操作性及可推广性。”

邓秀新认为，该研究不仅为十字花科作物的远缘杂交育种提供了要害理论依据，同时为解决其他物种于种间、属间杂交中面对的生殖障碍提供了借鉴及思绪，为作物野生种质资源的高效使用及新品种培育提供了新路径。

万建平易近指出，该结果总结了十字花科植物生殖断绝的遍及纪律，并成立了高效远缘杂交育种技能系统。这些系列结果将鼎力大举鞭策远缘育种进展，是作物遗传育种范畴的庞大冲破。

“咱们的终极方针是让育种家可以或许更高效地举行远缘杂交，使用其他物种的良好基因改进栽培种抗逆特征。”段巧红说，这为中国科协提出的“2025十年夜前沿科学问题”之一——“怎样使用作物野生近缘种晋升栽培种抗逆特征”提供了切实可行的解决路径，也为保障食粮安全，农业可连续成长提供科技支撑。”

相干论文信息：https://doi.org/10.1126/science.ady2347