智種資訊在線：11月21日山東農(nóng)業(yè)大學(xué)段巧紅教授團(tuán)隊在《科學(xué)》（Science）在線發(fā)表重大成果，成功鑒定出觸發(fā)十字花科植物遠(yuǎn)緣生殖隔離的關(guān)鍵花粉信號分子SIPS，解析了遠(yuǎn)緣花粉與雌蕊柱頭的識別機(jī)制，并基于此開發(fā)出高效的遠(yuǎn)緣育種技術(shù)體系。
此項突破不僅為植物遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離問題提供了全新的理解，也為種業(yè)育種帶來了前所未有的應(yīng)用潛力。
突破性發(fā)現(xiàn)：SIPS打破遠(yuǎn)緣雜交屏障
作物馴化是一把“雙刃劍”：在選擇優(yōu)良農(nóng)藝性狀的同時，也導(dǎo)致了遺傳多樣性的降低，尤其是抗病蟲、抗逆等抗性基因的丟失。遠(yuǎn)緣雜交，即讓栽培種與野生近緣種“通婚”，是引入這些優(yōu)異基因、提升栽培種抗逆特性的有效手段。然而，植物進(jìn)化歷程中形成的種間生殖隔離機(jī)制，如同一道天塹，嚴(yán)重阻礙了不同物種間的基因交流，讓遠(yuǎn)緣育種工作事倍功半。
在這一機(jī)制下，花粉通過與柱頭的受體進(jìn)行高度特異性識別，成功阻止了不同物種間的花粉萌發(fā)和受精。然而，段巧紅教授團(tuán)隊通過深入研究發(fā)現(xiàn)，十字花科植物通過一個名為SIPS的通用花粉信號分子，能夠觸發(fā)柱頭防御機(jī)制，廣泛地抑制遠(yuǎn)緣花粉的生長。
遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的表型
這一發(fā)現(xiàn)打破了植物育種領(lǐng)域的一個長期難題，為推動遠(yuǎn)緣雜交育種開辟了新路徑。
SIPS-SRK系統(tǒng)：通用的“警報信號”
科學(xué)家們一直試圖理解為何不同物種的花粉會在柱頭面臨“身份驗證”時被識別和排斥。研究表明，SIPS作為一個“外來者”標(biāo)識，能夠與柱頭的SRK受體結(jié)合，激活防御機(jī)制，抑制遠(yuǎn)緣花粉的生長。更為重要的是，SIPS不僅僅是針對特定物種的信號，而是一個十字花科植物普遍存在的通用信號。通過這一機(jī)制，十字花科植物能夠在物種間維持穩(wěn)定的遺傳界限，防止外來基因的入侵。
SIPS-SRK控制的十字花科植物遠(yuǎn)緣生殖隔離
這一發(fā)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)育種有著深遠(yuǎn)的意義。在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)緣雜交中，由于生殖隔離，種間雜交的成功率低，許多寶貴的野生基因未能有效引入栽培種。SIPS-SRK系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，使得利用野生近緣種進(jìn)行作物改良成為可能。研究團(tuán)隊通過突變SIPS，成功打破了白菜與遠(yuǎn)緣種之間的生殖隔離，顯著提高了雜交胚的獲得率，為遠(yuǎn)緣育種提供了新型的高效方法。
理論突破的應(yīng)用潛力：加速遠(yuǎn)緣育種進(jìn)程
從理論到實踐，段巧紅教授團(tuán)隊不僅揭示了SIPS-SRK信號系統(tǒng)的工作機(jī)制，還進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為實際的育種策略。他們通過非轉(zhuǎn)基因手段，利用反義寡核苷酸或ROS清除劑，降低柱頭的防御能力，使遠(yuǎn)緣花粉能夠順利完成受精。這一創(chuàng)新策略在與歐洲山芥等物種的雜交中，成功提高了雜交胚的獲得率，打破了傳統(tǒng)育種方法效率低下的瓶頸。
十字花科作物高效遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)體系
對于作物遺傳育種而言，這一新技術(shù)的應(yīng)用具有巨大潛力。通過對SIPS信號分子進(jìn)行干擾，育種者能夠快速突破生殖隔離的障礙，利用遠(yuǎn)緣物種的優(yōu)良基因進(jìn)行雜交，提升作物的抗病、抗逆等性狀。這為全球農(nóng)業(yè)面臨的氣候變化、病蟲害威脅等問題提供了切實可行的解決方案。
遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)突破意味著更多野生基因可以被快速利用，而蔬菜產(chǎn)業(yè)恰恰是最需要高效引入抗逆性狀的板塊——這讓我們不得不重新審視中國蔬菜種業(yè)與全球的差距。
從“數(shù)據(jù)反差”看中國種業(yè)的“突圍之戰(zhàn)”
此項理論突破的應(yīng)用潛力，必須放在全球種業(yè)競爭的殘酷格局下審視。
一組反差強(qiáng)烈的數(shù)據(jù)，揭示了我們的處境：
全球格局：蔬菜種子出口額近50億美元，占全球種子出口總值超30%。其中，歐洲一國獨大，貢獻(xiàn)66%的份額（32億美元）。
中國定位：作為全球第二大種業(yè)市場，2023年蔬菜種子出口額僅為1.5億美元。換算之下，在全球每出口100美元的蔬菜種子中，歐洲拿走了66美元，而中國僅貢獻(xiàn)不到1美元。
另一組數(shù)據(jù)，丈量著我們的差距：國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)寧波微萌種業(yè)2024年銷售額為3.25億元，這已是國內(nèi)頂峰。然而，與國際巨頭利馬格蘭旗下的威馬米可多（同期銷售額19.38億元）相比，我們的龍頭規(guī)模僅為對方的六分之一。
這背后的本質(zhì)，是低水平內(nèi)卷與高水平壟斷的競爭維度的差異。全球巨頭通過“技術(shù)+資本+專利”構(gòu)建了極高的行業(yè)壁壘。
提升路徑：SIPS如何成為“破局”的利刃提升路
蔬菜育種面臨天然復(fù)雜性：作物種類繁多、性狀需求各異、生長周期不同。與此同時，跨國公司的“專利圍墻”愈筑愈高。它們囤積遺傳資源與關(guān)鍵技術(shù)（如最新Keygene的無激素再生技術(shù)），僅潛在的法律糾紛就足以扼殺后來的創(chuàng)新。
在此背景下，SIPS-SRK機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，其戰(zhàn)略價值空前凸顯：它是一條潛在的“專利繞行之路”。這是一項源于基礎(chǔ)研究的底層機(jī)制發(fā)現(xiàn)，為我們開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的育種技術(shù)體系提供了核心基礎(chǔ)，有望幫助中國種業(yè)在十字花科領(lǐng)域，繞開巨頭設(shè)置的專利雷區(qū)。
它是一座“高效育種的橋梁”。該技術(shù)有望將遠(yuǎn)緣雜交從“偶然”變?yōu)?ldquo;常態(tài)”。我們可以精準(zhǔn)、快速地將野生種中蘊藏的抗根腫病、抗黃萎病、耐寒耐旱等優(yōu)異基因，導(dǎo)入到白菜、甘藍(lán)、油菜等主要栽培種中，大幅縮短育種周期。
智種評論
SIPS-SRK機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，為我們打開了一扇充滿機(jī)遇的窗口。然而，從科學(xué)先機(jī)到產(chǎn)業(yè)勝勢，我們?nèi)孕枨逍训孛鎸Χ嘀靥魬?zhàn)：技術(shù)穩(wěn)定性是首要關(guān)卡，必須在多變的大田環(huán)境中驗證其普適性；“非轉(zhuǎn)基因”策略是市場巧棋，為快速產(chǎn)業(yè)化與跨國推廣掃清了障礙；呼喚“研-企”深度融合，需要種業(yè)公司前瞻性投入，共建育種平臺以搶占先機(jī)；同時，面對跨國公司嚴(yán)密的知識產(chǎn)權(quán)布局，我們必須強(qiáng)化自主研發(fā)，構(gòu)建自身的專利護(hù)城河。
SIPS-SRK機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，不僅是科學(xué)上的突破，更是一次戰(zhàn)略性的機(jī)遇。它有望引領(lǐng)中國種業(yè)在十字花科領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展，從被動跟隨轉(zhuǎn)向主動破局。如果說雜交育種是20世紀(jì)的農(nóng)業(yè)革命，那么精準(zhǔn)打破生殖隔離，實現(xiàn)跨物種的‘基因自由流動’，或?qū)⒍x21世紀(jì)種業(yè)競爭的新格局。現(xiàn)在，航路已開通，能否乘風(fēng)破浪，需要的是整個產(chǎn)業(yè)界的膽識、智慧與決心。
論文文章主要作者
左起：碩士生吳丹丹，博士生楊非，博士生崔曉爽，段巧紅教授，曹蕓運副教授，楊印慶副教授，博士生李書嫣，博士生潘連輝
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，園藝學(xué)院院長、教育部重大人才工程入選者段巧紅教授為論文最后通訊作者，美國馬薩諸塞大學(xué)Alice Y. Cheung教授為共同通訊作者，曹蕓運副教授、博士生崔曉爽、楊印慶副教授為共同第一作者。河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張曉偉研究員、原玉香研究員、魏小春研究員，山東華良種業(yè)有限公司孫西海、陳明明參與該項研究。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、國家重點研發(fā)子課題等項目的資助。
