十字花科植物远缘杂交生殖隔离的机理解析与育种应用
种业是国家战略性产业,建设种业强国,开展种源“卡脖子”技术攻关是关键。推进生物育种产业化是我国追赶世界科技前沿和保障国家粮食安全的战略选择。大白菜等十字花科蔬菜占我国蔬菜产量的四分之一,远缘杂交育种能够有效地开发利用远缘物种中的优异基因资源,是十字花科蔬菜的关键育种技术,但由于对其调控机制的认知不足,严重限制了远缘杂交育种的应用。2023年 1月,山东农业大学段巧红团队研究成果在《自然》发表,揭示了大白菜等十字花科蔬菜通过调控柱头活性氧水平以维持种间生殖隔离的分子机理。研究发现在自交不亲和植物的柱头上,SRK受体激酶识别远缘花粉,进而激活 FERONIA受体激酶调控的柱头活性氧,抑制花粉生长;而在缺乏 SRK受体的自交亲和植物的柱头上,种内花粉比远缘花粉更快降低柱头活性氧,优先进入柱头及子房完成受精。基于以上理论成果,段巧红团队联合上中下游育种单位,协同开展大白菜远缘杂交育种联合攻关。例如段巧红团队已成功得到大白菜与芝麻菜的远缘杂交植株,有望将芝麻菜的耐热性与芝麻香味导入大白菜。欧洲山芥是目前已知唯一能够合成抗真菌及虫害的次生代谢物质皂苷的十字花科植物,高抗小菜蛾、白条锈病、跳甲、甘蓝夜蛾等十字花科寡食性害虫,团队已成功获得大白菜与欧洲山芥的远缘杂交胚,正在通过胚挽救获得远缘杂交植株,有望在后代中选育出抗虫大白菜种质,由此开展的多项远缘杂交育种项目,将有效促进远缘物种中的优异基因资源的开发利用,为种质创新带来“新支点”,有望提高我国蔬菜育种的原始创新和竞争实力。段巧红团队的研究成果开辟了十字花科植物远缘杂交育种的新思路和新途径,有望解决种源“卡脖子”问题,是实现种源自主可控,提升种业原始自主创新能力的跨越性突破,将开启我国种业自主创新的新篇章。