遠緣雜交成功 大白菜實現“擇偶自由”

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

近日，山東農業大學段巧紅教授團隊在國際學術期刊《自然》上發表研究成果，該團隊研發了打破遠緣雜交生殖隔離的育種技術，成功獲得了大白菜的種間、屬間遠緣雜交胚，開闢了遠緣雜交育種的新思路和新途徑。

中國工程院院士鄒學校教授評價認為，上述研究系統解析了遠緣雜交生殖隔離的形成機理，開發了打破生殖隔離的遠緣育種技術，兼具理論創新性與育種應用價值，是植物生殖生物學與雜交育種領域的標誌性成果。

“傳統遠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，“由於生殖隔離阻止遠緣受精，很多時候無法獲得遠緣雜交胚，要解決自交不親和育種及遠緣雜交育種領域的‘卡脖子’難題，關鍵前提是對其調控機制的系統解析。”

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入的第一道屏障。一方面，為了利用雜種優勢，柱頭如何通過自交不親和抑制同種自花花粉而促進異花花粉的生長？另一方面，為了保持物種遺傳穩定性，而且由於“遠緣雜交單向不親和”這種很常見但令人不解的現象，自交不親和植物的柱頭如何抑制遠緣花粉生長？自交親和植物的柱頭雖然允許遠緣花粉生長，是否通過某種“同種花粉優先”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。”

該團隊以遠緣雜交單向不親和現象為出發點，在前期構建的種內自花花粉激活大白菜柱頭産生活性氧來抑制自花花粉的理論基礎上開展了本項研究。

大白菜自交不親和反應是柱頭通過SRK受體識別進而抑制自花花粉生長的。該團隊發現，甘藍、歐洲山芥等遠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，遠緣花粉雖然可以穿過柱頭，但表現出“同種花粉優先”現象，這主要是由於種內花粉比遠緣花粉更快更有效地降低柱頭活性氧對花粉的抑製作用，進而維持了生殖隔離。

“令人振奮的是，我們研發的清除柱頭活性氧以打破十字花科蔬菜遠緣雜交障礙的育種技術，成功獲得了大白菜的種間、屬間雜交胚，為後續創制突破性新種質奠定了堅實基礎。”這一發現讓段巧紅非常振奮。

據了解，該項技術已應用於十字花科植物育種。