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遠(yuǎn)緣雜交成功 大白菜實(shí)現(xiàn)“擇偶自由”

發(fā)布時(shí)間:2023-02-03 09:47:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

  將“風(fēng)馬牛不相及”的兩個(gè)物種撮合,在育種界被稱(chēng)為“遠(yuǎn)緣雜交”。比如用牧草與小麥雜交,可培育出抗病性強(qiáng)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(kāi)發(fā)利用的“脖子”。

  近日,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表研究成果,該團(tuán)隊(duì)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(kāi)辟了遠(yuǎn)緣雜交育種的新思路和新途徑。

  中國(guó)工程院院士鄒學(xué)校教授評(píng)價(jià)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(jī)理,開(kāi)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(jià)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(guò)廣泛測(cè)交來(lái)選擇雜交親本,但這種方式費(fèi)工、費(fèi)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(shí)候無(wú)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(duì)其調(diào)控機(jī)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(shì),柱頭如何通過(guò)自交不親和抑制同種自花花粉而促進(jìn)異花花粉的生長(zhǎng)?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(jiàn)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(zhǎng)?自交親和植物的柱頭雖然允許遠(yuǎn)緣花粉生長(zhǎng),是否通過(guò)某種“同種花粉優(yōu)先”的機(jī)制而避免與其他物種混雜?段巧紅表示:“這些都是長(zhǎng)期懸而未決的難題。”

  該團(tuán)隊(duì)以遠(yuǎn)緣雜交單向不親和現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn),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(lái)抑制自花花粉的理論基礎(chǔ)上開(kāi)展了本項(xiàng)研究。

  大白菜自交不親和反應(yīng)是柱頭通過(guò)SRK受體識(shí)別進(jìn)而抑制自花花粉生長(zhǎng)的。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),甘藍(lán)、歐洲山芥等遠(yuǎn)緣花粉也能通過(guò)柱頭SRK受體,激活下游FERONIA受體激酶信號(hào)通路,升高柱頭活性氧而抑制遠(yuǎn)緣花粉生長(zhǎng)。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(guò)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(duì)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”這一發(fā)現(xiàn)讓段巧紅非常振奮。

  據(jù)了解,該項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于十字花科植物育種。

  記者 王延斌 通 訊 員 王 靜

(責(zé)編:李雨潼)

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