育种技术获重大突破——山东农大破解远缘杂交密码

11月21日，山东农业大学段巧红教授团队在国际顶级期刊《科学》在线发表重大科研成果，成功找到触发十字花科植物远缘生殖隔离的关键信号分子SIPS，破解了远缘花粉与雌蕊柱头的识别密码，并研发出高效远缘育种技术体系。这一突破为利用野生近缘种改良作物抗逆特性提供了实用方案，让远缘杂交育种驶入“快车道”。

作物驯化在筛选优良性状的同时，也导致栽培种遗传多样性下降，抗病虫、抗逆等宝贵基因逐渐丢失。远缘杂交作为引入野生近缘种优异基因的有效途径，却长期受困于“生殖隔离”这道天然屏障——不同物种间的基因交流被严格阻断，让育种工作事倍功半。

“‘生殖隔离’这道天然屏障防止不同物种间的基因交流，十字花科植物雌蕊柱头上的SRK受体就是‘安检系统’。”段巧红教授形象地解释道。据了解，该团队2023年已在《自然》发表成果，发现SRK受体既能识别自花花粉防止近交衰退，也能拦截远缘花粉维持物种稳定，但触发拦截的“外来信号”一直是未解之谜。

此次研究中，团队以SRK受体为“诱饵”，通过多种筛选技术锁定了关键信号分子SIPS。实验证实，这是十字花科植物共有的“通用警报信号”：远缘花粉携带的SIPS与雌蕊SRK受体结合后，会升高柱头活性氧，从而抑制远缘花粉萌发；而缺失SIPS的花粉，能成功避开“安检”完成受精。更有趣的是，将SIPS导入十字花科外的番茄花粉后，番茄花粉也能触发白菜柱头的防御反应。

科研的价值在于落地应用。针对十字花科蔬菜占我国蔬菜总栽培面积25%以上的产业现状，团队基于新发现的分子机制，打出一套远缘育种“组合拳”：优选自交不亲和性弱的母本，结合抑制SRK表达或使用活性氧清除剂，有效降低柱头防御门槛。在白菜与高抗小菜蛾的欧洲山芥远缘杂交中，杂交胚获得率从每角果1个提升至3—6个，为后续培育抗虫白菜种质奠定了基础。

“过去远缘杂交靠‘碰运气’，大规模测交既费时又费力。”段巧红表示，新技术大幅提升了远缘杂交效率，解决了属间远缘杂交的技术瓶颈。

中国工程院万建民院士评价，该团队系列成果揭示了十字花科植物生殖隔离的普遍规律，是作物遗传育种领域的重大突破。中国工程院邓秀新院士也认为，这项研究不仅为十字花科作物育种提供了理论支撑，更为其他物种跨物种杂交提供了借鉴思路。

据悉，山东农业大学为该研究第一完成单位，成果得到国家自然科学基金重点项目等资助。这项兼具理论创新与应用价值的科研突破，将助力我国充分挖掘野生种质资源潜力，为蔬菜等作物新品种培育提供核心技术支撑，对保障粮食安全、推动农业高质量发展具有重要意义。