山东农业大学科研团队再破“生殖隔离”难题

本报讯 11月21日凌晨，《科学》（Science）杂志在线发表了山东农业大学段巧红教授团队的重要成果。研究首次鉴定出触发白菜等十字花科植物远缘生殖隔离的关键花粉信号分子SIPS，并解析了远缘花粉与雌蕊柱头的识别机制。

不同物种间都存在生殖隔离，以维持物种遗传稳定性，但这却是作物远缘杂交、提高栽培种抗逆特性的障碍。以山芥属欧洲山芥为例，作为高抗小菜蛾等害虫的十字花科植物，它被认为是提高白菜抗虫性的最佳外源优异基因供体。然而，由于其与白菜的亲缘关系较远，远缘杂交尝试难以成功。

白菜与其他物种“通婚难”的核心困境，主要是业界对生殖隔离调控机制的认知不足。

2023年，段巧红团队发现白菜等十字花科植物中，雌蕊柱头上识别自花花粉的SRK受体可以识别远缘花粉，启动防御机制，升高柱头活性氧，从而抑制远缘花粉的生长。“十字花科植物在入口处安装了一套安检系统，也就是柱头SRK受体，用于区分‘自己人’和‘外来者’。”段巧红说，但触发警报的“远缘花粉信号”当时仍是未解之谜。

“这一次，我们成功找到了花粉上的信号。”段巧红说。

研究表明，对于远缘花粉，不论其来自十字花科内的哪个物种，因其都携带一种通用的“外来者”标识SIPS，可以与柱头SRK受体跨物种结合，保障十字花科内不同物种的远缘花粉都能被柱头广泛识别并被抑制。

因此，可以通过挑选“安检系统”较弱的白菜作为母本，结合活性氧清除剂等手段，有效降低柱头防御，让远缘花粉顺利通过柱头安检完成受精。在段巧红团队的研究下，白菜与欧洲山芥的杂交胚获得率由原来的每角果1个提升至3到6个。随后可通过大规模远缘杂交得到大量杂交胚，用于胚挽救、染色体加倍等后续操作，最终有望获得含有欧洲山芥优异抗虫基因的白菜种质。

该研究为中国科协提出的“2025十大前沿科学问题”之一——“如何利用作物野生近缘种提升栽培种抗逆特性”提供了切实可行的解决路径。中国工程院院士万建民评价，段巧红团队总结了十字花科植物生殖隔离的普遍规律，并建立了高效远缘杂交育种技术体系。这些系列成果将大力推动远缘育种进展，是作物遗传育种领域的重大突破。

“完成受精并得到杂交胚胎后，依然可能存在其他种间生殖隔离阻止胚胎长成植株，这是后续需要研究的问题。”段巧红说。（本报记者）