山东农业大学段巧红教授团队发表Science研究论文

近日，Science 杂志正式出版了山东农业大学段巧红教授团队《Pan-family pollen signals control an interspecific stigma barrier across Brassicaceae species》（十字花科植物中泛家族花粉信号调控种间柱头屏障）的研究论文。该研究系统揭示了十字花科植物通过SIPS-SRK-FER信号通路广泛识别并拒绝异种花粉的分子机制。

远缘杂交可提升种质资源多样性，助力杂种优势的利用，还能将野生近缘种中的优良基因导入栽培作物。

然而，多重生殖隔离屏障严重阻碍远缘杂交的成功，这类屏障既可作用于合子前阶段阻止合子形成，也可作用于合子后阶段抑制杂交胚胎或植株的发育。突破合子前隔离屏障是远缘杂交的首要且最难的环节，在远缘物种间杂交时尤为突出。

显花植物进化出多种合子前隔离屏障，以避免产生不良后代。自交不亲和性是一种种内隔离屏障，由S位点上一组遗传连锁、高度多态的基因（即S单倍型）调控，该机制能确保雌蕊排斥自花花粉，从而促进异花授粉、提升遗传多样性。

种间隔离屏障是维系物种完整性的关键，可分为不亲和性与不协调型隔离两类。不协调型隔离源于两个物种的进化分化，最终导致参与受精过程的基因功能发生被动丧失，例如引导花粉管生长的雌蕊吸引物质分化、FERONIA受体激酶与其花粉侧肽配体的互作关系改变等。

种间不亲和性则表现为自交不亲和型雌蕊可单向排斥异种花粉，而自交亲和型雌蕊无此作用，这一规律广泛存在于茄科、十字花科等被子植物中。

由于自交不亲和花粉与异种花粉在自交不亲和型雌蕊上受到的抑制作用相似，二者的花粉识别与排斥过程可能由相似的信号通路介导，这一假说尚未得到证实。

在十字花科植物中，FER受体激酶通过维持柱头的高活性氧水平形成屏障，以此排斥自交不亲和花粉，降低活性氧水平则有利于亲和性花粉的生长。

在芜菁等自交不亲和物种的柱头上，花粉侧的自交不亲和决定因子S位点富含半胱氨酸蛋白（又称S位点蛋白11）与雌蕊侧的决定因子S位点受体激酶发生特异性互作，从而触发自交不亲和反应。

甘蓝、欧洲山芥、拟南芥等其他物种的花粉也能被芜菁柱头的S位点受体激酶识别，并激活柱头中由FER介导的活性氧生成，该过程与其他依赖S位点受体激酶的通路共同发挥作用，实现对异种花粉的排斥。

山东农业大学为论文第一完成单位，园艺学院院长、教育部重大人才工程入选者段巧红教授为论文最后通讯作者，美国马萨诸塞大学Alice Y. Cheung教授为共同通讯作者，曹芸运副教授、博士生崔晓爽、杨印庆副教授为共同第一作者。河南省农业科学院张晓伟研究员、原玉香研究员、魏小春研究员，山东华良种业有限公司孙西海、陈明明参与该项研究。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发子课题等项目的资助。