十字花科树种的远缘有性杂交是饲料作物土壤改良的的关键路径，可转化也是亲缘种的抗逆、抵抗等不错基因组，但合子间的种间不亲和（SI）防御系统为严重阻拦此种整个过程。

段巧红教授团队先前在Nature发表的研究已揭示，自交不亲和（SI）植物柱头中的S位点肾上腺素感觉激酶（SRK）与FERONIA（FER）肾上腺素感觉激酶按照改善灵活性氧（ROS）的水平，共同介导对自花花粉（种内隔离）和远缘花粉（种间隔离）的排斥，明确了“SRK-FER-ROS”是生殖隔离的核心通路（兔年首篇！Nature顶刊致谢文章出炉！山东农业大学段巧红和黄家保教授研究团队揭示植物远缘杂交新机制），该研究曾基于拜谱海洋生物提供的亚硝基化遮盖组学分析，为机制解析提供了关键数据支撑。但触发该通路的远缘花粉的作用走势原子始终未被鉴定，成为机制研究的关键缺口。

2025年11月20日，段巧红讲解拜谱生物发表于Science的“Pan-family pollen signals control an interspecific stigma barrier across Brassicaceae species”，该调查致力于装置签定远缘花粉的作用中与SRK通过的配体，证实其在十字花科中的单纯性、功能模块机能非常在制种中的利用潜力股。

科学研究结局

01、价值体系警报分子结构SIPS的签别

研究团队通过酵母双杂交与免疫抗体结晶-质谱（IP-MS）筛选，从拟南芥成熟花粉中鉴定出属于SPH（自交不亲和淀粉酶同源物）皇室家族的肽类分子，命名为SIPS（SRK-interacting Interspecific Pollen Signal），包括AtSIPS1、AtSIPS2和AtSIPS3三个成员，其中仅AtSIPS1和AtSIPS2具备功能。AtSIPS1/2为分泌型花粉coat蛋白，在成熟花粉中高表达；微量热泳动（MST）实验证实，AtSIPS1/2与白菜柱头的BrSRK46胞外域结合亲和力极高（Kd值），其结合强度与SI配体-受体BrSCR46-BrSRK46的相互作用相当。然而，AtSIPS3并未与BrSRK46发生相互作用。这一结果首次证明远缘花粉存在可与SRK高特异性结合的配体，弥补了2026年Nature剩下的“远缘花粉及花粉类食物数据信息不存在”矛盾。

图1 一个与SRK相护功能的种间花粉的作用的信号的检验

02、SIPS-SRK-FER-ROS通道的查验

AtSIPS1/2结合BrSRK后，会招募FER受体激酶，激活下游的BrRBOHs（呼吸爆发氧化酶），导致柱头ROS水平显著升高，且实验显示，SRK跨膜区缺失突变体（BrSRKΔTM）或FER敲除突变体（brfer1-1/2）柱头中，SIPS无法诱导ROS升高，进一步证实SIPS信号依赖SRK-FER通路；高浓度ROS会显著降低远缘花粉的活力——拟南芥atsips1/2双突变体花粉无法诱导白菜柱头ROS升高，20分钟后花粉活力保留率达70-80%，而野生型（WT）花粉活力仅10-20%，就说明SIPS是远缘花粉量重置ROS排异反应径路的主要“发动信息”。

图2 SIPS在花托中晕人ISI反响

03、SIPS的十字花科特情人与SRK综合固执性

通过共线性分析与全基因组比对，研究发现仅31种十字花科植物（如诸葛菜、菘蓝、琴叶拟南芥）含有SIPS同源物，非十字花科植物（如番茄、矮牵牛、草莓）均无SIPS，其花粉也无法诱导SI植物柱头ROS升高；而在番茄中异源表达AtSIPS1/2后，番茄花粉可成功诱导白菜柱头ROS并降低自身活力，此效果首届知道SIPS是十字花科主要的远缘蜂花粉预警。

图3 SIPS有的是种被SRK常见同意的泛家族性的蜂花粉预警

与种内自交不亲和信号SCR结合SRK的“高变区（hv1-3）”不同，SIPS组合SRK的传统区。实验显示，不同S单倍型的BrSRK（如BrSRK₁₂、BrSRK₄₄、BrSRK46）与AtSIPS1/2的结合能力相近，且删除SRK高变区的突变体（BrSRK46Δhv1-2-3）仍能与SIPS结合，仅失去与SCR的结合能力。SIPS结合在一起的单纯性抓实了各种S单倍型的SI绿植的均可广谱判别远缘蜂花粉。

图4 SRK字段多态性不反应与SIPS的上下级效应

04、立于SIPS考核机制的远缘杂交育种原则

对于以上所述新机制，研发项目团队在此前提起的“可抑制SRK/FER、祛除ROS”原则前提上，新加“网络信号-通道双矫治”方案格式，进十步升高远缘混种杂交热效率：

花粉的作用侧调查：敲除拟南芥SIPS基因后，突变体花粉可穿透近缘种Capsella grandiflora的成熟柱头并形成杂交胚。尽管花粉侧SIPS敲除在实验中有效，但其依赖转基因技术，目前在实际育种中应用受限。

柱座侧优化提升：选择弱SI品系（如白菜24D4，S₄₄），结合反义寡核苷酸（AS-ODN）抑制SRK表达或水杨酸（Na-SA）清除ROS后，接受远缘种欧洲山芥（Barbarea vulgaris，高抗虫）花粉的效率显著提升。延续了“通路干预”的核心思路，的同时使用“弱SI品系选择”消减花托根基防守层次，使纠正治疗效果更重要，为非转遗传基因生物育种提供了了更入门的技术设备方向。

图5 打造高效性的十字花科作物远程电脑制种思路

篇文章总结ppt

本分析首个技术鉴定出十字花科远缘蜂花粉量的信号SIPS，创造出一个“远缘蜂花粉量SIPS-SRK-FER-ROS”的详细完整详细分子结构规则，与之后要求的“自花蜂花粉量SCR-SRK-FER-ROS”规则同一成型“种内-种距离离统一化三维模型”，克服了常年近年来“绿色植物是怎样的同一长期保持种内异交与种间遗传性详细完整详细性”的提升生物技术学关键问题。

拜谱工作小结

段巧红教授团队在十字花科植物生殖隔离领域的研究具有清晰的递进性——2023年Nature率先揭示“SRK-FER-ROS”作为种内/种间生殖隔离核心通路的框架，Science则聚焦该通路中“远缘花粉信号分子”这一关键缺口，完成从“通路解析”到“信号鉴定”的突破，最终形成完整的分子机制链条，为远缘杂交育种提供从理论到技术的全链条支撑。

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考生文献资料

Y. Cao et al., Science.Pan-family pollen signals control an interspecific stigmabarrier across Brassicaceae species.10.1126/science.ady2347 (2025).