雜交水稻大家都不陌生，但是雜交蔬菜你聽說過嗎?我國的一個研究小組表示，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，這項新技術(shù)可能會導(dǎo)致跨物種蔬菜育種。

當蜜蜂在野外采集花蜜時，它的身體上覆蓋著來自油菜籽、梯牧草或各種花的花粉。但當它停在一朵白菜花上時，只有來自另一棵白菜的花粉才能與花結(jié)合并產(chǎn)生種子。植物如何花粉的問題長期以來一直困擾著科學家們。

中國山東農(nóng)業(yè)大學的段巧紅教授和美國馬薩諸塞大學的張教授領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊揭示了十字花科植物繁殖障礙的分子機制(十字花科是包括白菜在內(nèi)的一個大植物科)。在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)了一種打破障礙的育種技術(shù)，開辟了一種在遠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:“在自然界中，開放花朵的柱頭會接觸到來自本物種的花粉，不管是近緣還是遠緣的花粉，花朵必定會做出相應(yīng)的反應(yīng)?！?/p>

段說:“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，它會拒絕來自遠緣物種的花粉，這是為了保持遺傳的完整性?！?/p>

由于長時間缺乏持續(xù)的基因交換，在兩個大洲上種植的同一種蔬菜可能會發(fā)生繁殖隔離。然而，到目前為止，人們對十字花科種調(diào)節(jié)這些相容系統(tǒng)及其相互聯(lián)系的分子機制知之甚少。

通過實驗，研究小組發(fā)現(xiàn)，柱頭通過一種名叫活性氧(ROS)的化學調(diào)節(jié)劑來控制這一過程。當柱頭的受體檢測到自花粉時，它會激活活性氧的產(chǎn)生并抑制花粉的生長，從而阻止自花授粉。

基于這一機制，該團隊開發(fā)了促進種間繁殖的育種技術(shù)。通過從柱頭上去除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程。在長期的產(chǎn)量和品質(zhì)育種過程中，一些作物往往會喪失抗病等優(yōu)良性狀。而野生物種由于長期在野外生存和進化，通常對疾病和昆蟲具有抵抗力。

傳統(tǒng)上，繁殖障礙阻礙了遙遠物種之間的繁殖。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，并帶來高質(zhì)量的性狀。

通過種間的育種，中國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距離育種。

該論文的第一作者楊琳表示：“通過這種育種技術(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)資源奠定了堅實的基礎(chǔ)。”

據(jù)該雜志的一位匿名評論者說，這項工作在理解十字花科作物的受精機制方面取得了重要進展，這將促進相關(guān)領(lǐng)域的討論和進一步研究。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院院長黃三文表示:“這項研究也為其他作物利用野生資源提供了新的思路?！?/p>