图 植物远缘杂交生殖隔离调控机制模式图
在国家自然科学基金项目（批准号：32170365）等资助下，山东农业大学段巧红教授团队在植物远缘杂交育种研究方面取得新进展。研究成果以“柱头受体调控十字花科种内和种间生殖隔离（Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae）”为题，于2023年1月25日在《自然》（Nature）杂志在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05640-x。
远缘杂交育种是种质创新的重要途径，而生殖隔离严重阻碍了这一技术的应用，是亟待解决的难题。大白菜等十字花科植物的远缘杂交生殖隔离与种内自交不亲和，在形态学上有一定的相似性，不亲和花粉都不能在柱头上萌发和生长。远缘杂交生殖隔离还表现出“单向不亲和”的特点，也就是远缘花粉受到自交不亲和植物雌蕊的抑制，却可以在自交亲和植物雌蕊中生长。团队由此开展了本项研究。
自交不亲和反应是柱头乳突细胞通过 S-locus receptor kinase（SRK）受体识别自花花粉携带的S-locus cysteine rich protein （SCR）信号，进而抑制自花花粉的。该团队前期发现大白菜种内自花花粉激活柱头产生活性氧来抑制自花花粉。通过进一步研究发现，甘蓝、欧洲山芥等远缘花粉也能被柱头SRK受体识别，激活下游FERONIA受体激酶信号通路，升高柱头活性氧而抑制远缘花粉。自交亲和植物的柱头缺乏有功能的SRK受体，远缘花粉可以进入柱头，但种内花粉携带的Pollen coat proteins B-class（PCP-Bs）小肽与FERONIA受体激酶结合，可以有效地解除柱头活性氧对花粉的抑制作用，在与其他物种花粉的竞争中“胜出”，表现出“同种花粉优先”的现象，从而维持了生殖隔离（图）。
该研究成果系统解析了远缘杂交生殖隔离的调控机理，并提出了切实可行的育种关键技术，包括打破自交不亲和及打破远缘杂交生殖隔离的育种技术，为种质创新和新品种培育奠定了坚实的基础。