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2023年1月25日，山东农业大学段巧红及马萨诸塞大学Alice Y. Cheung作为共同通讯作者在Nature在线发表题为 “Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae” 的研究论文。
该研究证明了SI花粉决定因素S基因座富半胱氨酸蛋白/ S基因座蛋白11 (SCR/SP11)或来自UI花粉的信号与SI雌性决定因素S基因座受体激酶(SRK)结合，招募FERONIA (FER)并激活FERONIA介导的SI柱头活性氧的产生，以排斥不亲和的花粉。
在相容反应中，从SC和UC花粉中分离出的花粉包衣蛋白B类不同程度地触发了一氧化氮，亚硝酸盐FER抑制了SC柱头中的活性氧，促进花粉以种内优先的方式生长，保持了种内完整性。总之，该研究结果表明SRK和FER整合了种内和种间屏障的机制，为实现十字花科作物的远缘育种提供了途径。据iNature了解，这是山东农业大学首次以第一单位在Nature 发表研究成果。
另外，2020年3月18日，马萨诸塞大学的Alice Y. Cheung及Hen-Ming Wu共同通讯（段巧红为第一作者）在Nature在线发表题为 “FERONIA controls pectin- and nitric oxide-mediated male–female interaction” 的研究论文，该研究发现FERONIA控制了几个功能相关的条件，以防止雌性配子体被拟南芥的多个花粉管穿透。该研究证明FERONIA对于维持雌配子体入口细胞壁的丝状体(细胞壁的一个区域)上的去酯化果胶至关重要。花粉管到达胚珠触发了一氧化氮在丝状器官的积累，这一过程依赖于FERONIA，并由去酯化果胶介导。一氧化氮同时亚硝酸盐化诱物前体和成熟形式的LURE11，分别阻断其分泌和与其受体的相互作用，抑制花粉管吸引力。总之，该研究结果阐明了FERONIA控制的一种机制，即第一个花粉管的到达改变了卵泡条件，从而消除了花粉管的吸引力，并阻止了晚到花粉管对雌性配子体的接近和穿透，从而避免了多精。
在开花植物中，受精前的一个或多个检查点可能会出现合子前生殖障碍，以防止产生不利的后代。在自然界中，开放的花的柱头接触到来自本物种的花粉，因此必须做出相应的反应。在种内，SI被广泛利用作为一种通过排斥自交花粉和接受种内交叉亲和花粉来避免近交衰退和提高杂种活力的机制。种间不亲和保持了种的完整性，通常遵循SI × SC规则，即种间花粉在SI雌蕊上为UI，在SC雌蕊上为UC。到目前为止，对十字花科植物中调节这些相容性系统及其相互联系的分子机制知之甚少。
SRK在SI中控制柱头ROS以排斥种内和种间花粉（图源自Nature ）
在十字花科SI中，自花花粉是通过花粉表达的SCR/SP11与其受体柱头表达的质膜定位SRK之间的配体-受体相互作用来识别的。这激活了SI的两个下游正调控因子，M位点蛋白激酶(MLPK)和ARM-repeat containing 1 (ARC1) E3泛素连接酶。MLPK如何发挥作用尚不清楚。
UI和SI通过SRK-FER相互作用聚合在柱头ROS激活引起花粉排斥（图源自Nature ）
该研究证明了SI花粉决定因素S基因座富半胱氨酸蛋白/ S基因座蛋白11 (SCR/SP11)或来自UI花粉的信号与SI雌性决定因素S基因座受体激酶(SRK)结合，招募FERONIA (FER)并激活FERONIA介导的SI柱头活性氧的产生，以排斥不亲和的花粉。
在相容反应中，从SC和UC花粉中分离出的花粉包衣蛋白B类不同程度地触发了一氧化氮，亚硝酸盐FER抑制了SC柱头中的活性氧，促进花粉以种内优先的方式生长，保持了种内完整性。总之，该研究结果表明SRK和FER整合了种内和种间屏障的机制，为实现十字花科作物的远缘育种提供了途径。
专家点评
中国工程院院士、湖南农业大学校长邹学校教授评价说，该研究系统解析了远缘杂交生殖隔离的形成机理，开发了打破生殖隔离的远缘育种技术，兼具理论创新性与育种应用价值，是植物生殖生物学与杂交育种领域的标志性成果，相关理论和技术将对蔬菜育种工作产生深远影响。
中国热带农业科学院院长黄三文研究员评价说，段巧红教授开展的远缘杂交生殖隔离的形成机理及打破生殖隔离的育种技术研究对于种业创新具有重要意义。该研究突破了目前大白菜主要利用种内杂交育种的传统思路，通过新技术将远缘物种的优异基因资源导入栽培种，拓宽种质遗传范围，将极大地促进十字花科远缘物种中优异基因资源的开发利用，为突破性种质的创制和新品种培育奠定坚实的基础。该项研究对于其他作物的野生资源利用也提供了新思路。
山东农业大学为论文第一完成单位，段巧红教授和美国马萨诸塞大学的Alice Y. Cheung教授为共同通讯作者。黄家保副教授、博士生杨琳为共同第一作者。山东农业大学张宪省教授、王年教授，河南省农业科学院张晓伟研究员、原玉香研究员、魏小春助理研究员，华中农业大学马朝芝教授、王鹏蔚教授、戴成副教授，青岛农业大学程斐副教授等参与该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、山东农业大学高层次人才启动经费、山东省自然科学基金重点项目和重大基础项目的资助。
段巧红教授简介
段巧红教授，北京大学博士，美国马萨诸塞大学博士后，长期从事十字花科植物受精机理研究，2017年起任山东农业大学教授以来，聚焦大白菜自交不亲和及远缘杂交生殖隔离的调控机制，成果发表在Nature、Current Biology等期刊，相关育种新技术授权2项国家发明专利，为蔬菜突破性种质的创制和新品种培育奠定坚实的基础。
论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05640-x
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2106-2
审核、编辑：大可
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