雜交水稻大家都不陌生，但是雜交蔬菜你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎?我國(guó)的一個(gè)研究小組表示，他們已經(jīng)找到了一種方法，可以將白菜與芥菜等其他蔬菜進(jìn)行雜交。在發(fā)表在《自然》期刊的一篇論文中，研究人員表示，這項(xiàng)新技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致跨物種蔬菜育種。

當(dāng)蜜蜂在野外采集花蜜時(shí)，它的身體上覆蓋著來(lái)自油菜籽、梯牧草或各種花的花粉。但當(dāng)它停在一朵白菜花上時(shí)，只有來(lái)自另一棵白菜的花粉才能與花結(jié)合并產(chǎn)生種子。植物如何花粉的問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著科學(xué)家們。

中國(guó)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的段巧紅教授和美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)的張教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)揭示了十字花科植物繁殖障礙的分子機(jī)制(十字花科是包括白菜在內(nèi)的一個(gè)大植物科)。在此基礎(chǔ)上，他們開(kāi)發(fā)了一種打破障礙的育種技術(shù)，開(kāi)辟了一種在遠(yuǎn)緣物種之間繁殖的新途徑。

十字花科蔬菜

十字花科包括許多重要的蔬菜和油料作物，包括包菜和芥菜。段教授在論文中說(shuō):“在自然界中，開(kāi)放花朵的柱頭會(huì)接觸到來(lái)自本物種的花粉，不管是近緣還是遠(yuǎn)緣的花粉，花朵必定會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)?！?/p>

段說(shuō):“一方面，柱頭只接受交叉兼容的花粉而拒絕自交花粉，這是為了防止因‘近親繁殖’而喪失后代多樣性。另一方面，它會(huì)拒絕來(lái)自遠(yuǎn)緣物種的花粉，這是為了保持遺傳的完整性。”

由于長(zhǎng)時(shí)間缺乏持續(xù)的基因交換，在兩個(gè)大洲上種植的同一種蔬菜可能會(huì)發(fā)生繁殖隔離。然而，到目前為止，人們對(duì)十字花科種調(diào)節(jié)這些相容系統(tǒng)及其相互聯(lián)系的分子機(jī)制知之甚少。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究小組發(fā)現(xiàn)，柱頭通過(guò)一種名叫活性氧(ROS)的化學(xué)調(diào)節(jié)劑來(lái)控制這一過(guò)程。當(dāng)柱頭的受體檢測(cè)到自花粉時(shí)，它會(huì)激活活性氧的產(chǎn)生并抑制花粉的生長(zhǎng)，從而阻止自花授粉。

基于這一機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了促進(jìn)種間繁殖的育種技術(shù)。通過(guò)從柱頭上去除ROS，比如刪除受體基因、減少ROS的生物產(chǎn)生或噴灑水楊酸鈉化學(xué)物質(zhì)抑制ROS這些方法，可以使不同種間的繁殖成為可能。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工選擇加快了自然育種過(guò)程。在長(zhǎng)期的產(chǎn)量和品質(zhì)育種過(guò)程中，一些作物往往會(huì)喪失抗病等優(yōu)良性狀。而野生物種由于長(zhǎng)期在野外生存和進(jìn)化，通常對(duì)疾病和昆蟲(chóng)具有抵抗力。

傳統(tǒng)上，繁殖障礙阻礙了遙遠(yuǎn)物種之間的繁殖。如果能打破這一障礙，野生物種的基因就能被引入栽培物種，并帶來(lái)高質(zhì)量的性狀。

通過(guò)種間的育種，中國(guó)種植的白菜可以從歐洲種植的田間芥菜中獲得抗病能力，這最終可能導(dǎo)致十字花科作物的遠(yuǎn)距離育種。

該論文的第一作者楊琳表示：“通過(guò)這種育種技術(shù)，我們成功獲得了白菜種間和屬間雜交胚。它打破了十字花科的障礙，為我們創(chuàng)造新的種質(zhì)資源奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”

據(jù)該雜志的一位匿名評(píng)論者說(shuō)，這項(xiàng)工作在理解十字花科作物的受精機(jī)制方面取得了重要進(jìn)展，這將促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的討論和進(jìn)一步研究。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)黃三文表示:“這項(xiàng)研究也為其他作物利用野生資源提供了新的思路?！?/p>