让芜菁和拟南芥处对象，这个技术不得了！

近日，山东农业大学段巧红团队在Nature主刊上发表文章“Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae”（柱头受体调控十字花科植物种内和种间屏障），报道了芜菁和拟南芥等十字花科植物维持种间生殖隔离主要受柱头活性氧水平控制，通过调控柱头活性氧水平成功打破了植物的种间隔离，实现了芜菁的种间、属间的远缘杂交，为十字花科植物远缘杂交育种提供了新途径。

开花植物已经进化出许多种内和种间生殖障碍，以防止产生不利的后代。在一个物种中，自交不亲和性（SI）是一种广泛使用的机制，它拒绝自交花粉以避免近亲繁殖。种间屏障抑制种间繁殖，通常遵循SI 自交亲和（SC）规则，即种间花粉在SI雌蕊上是单方面不相容的（UI），但在SC雌蕊上则是单方面相容的（UC）。通俗点讲就是十字花科蔬菜是天然的异花授粉作物，自交不亲和性普遍存在。但是对SI、UI、SC和UC及其相互联系的分子机制尚不清楚。

作者前期研究发现，柱头活性氧对十字花科植物大白菜自交不亲和的正调控作用，及自花花粉通过FERONIA受体激酶信号通路，激活柱头乳突细胞产生活性氧，从而抑制自花花粉的萌发与生长。该研究进一步证明，SI花粉决定簇S-位点富含半胱氨酸蛋白/S-位点蛋白11（SCR/SP11）或来自UI花粉的信号结合SI雌蕊决定簇S-位置受体激酶（SRK），招募FERONIA（FER），并激活SI柱头中FER介导的活性氧物质产生，以排斥不相容的花粉。对于相容性反应，来自SC和UC花粉的分化花粉外壳蛋白B类不同地触发一氧化氮、亚硝酸盐FER以抑制SC柱头中的活性氧物种，以促进花粉以种内优先方式生长，保持物种完整性。也就是说，SRK和FER整合了种内和种间障碍的潜在机制，并为实现十字花科作物的远程育种提供了途径。

在明确了柱头对种间屏障的调控机制之后，作者进一步探讨了打破这种屏障可能在多大程度上促进远缘繁殖。他们用Na-SA处理芜菁雌蕊，以降低ROS和GSNO水平，增加NO水平，或用AS ODN破坏BrSRK–BrFER相互作用和BrFER至BrRBOH信号，然后用SI和UI花粉授粉。授粉后12天，SI 芜菁花粉、甘蓝（B.oleracea）花粉和甜菜花粉（B.vulgaris）都在这些处理过的雌蕊中产生了扩大的胚珠和发育中的胚胎（下图）。柱头之外的其他障碍阻止了强有力的受精，并阻碍了杂交胚胎的发育。将这里使用的策略与胚胎挽救（一种广泛用于远缘育种的体外培养技术）相结合，应该能够将种间杂交胚胎成功地发育成有生命力的植物。

打破十字花科植物远缘杂交育种的柱头障碍

打破十字花科植物远缘杂交育种的柱头障碍步骤：a、 b，通过ROS清除剂减少柱头ROS，通过NO发生器增加NO（a），并通过AS ODN破坏BrSRK–BrFER相互作用和BrFER1至BrRBOH信号传导（b）减轻种间和属间生殖障碍。箭头表示胚珠增大。虚线表示杂交胚胎的轮廓。c、 FER模型将ROS调节为SI、UI、SC和UC响应中的共享信号节点。在SI种柱头中，SI花粉和UI花粉通过SRK–FER–ROP2–RBOHs途径激活ROS，与ARC1介导的过程一起发挥作用。SC物种的柱头与种间花粉相容，但PCP Bs和FER之间的物种优先相互作用通过NO介导的FER和RBOH的亚硝化作用启动更快的相容反应，以抑制ROS产生，促进种内优先并保护物种完整性。虚线和“？”表示“待定”。P、 磷酸盐；P-体、蛋白体；Ub，泛素。