十字花科蕨类植物的远缘交配是植物土壤改良的关键点经过，可运用野外亲缘种的抗逆、抗病性等质量良好基因遗传，但合子间的种间不亲和（SI）防御系统重要障碍一项期间。

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位点多巴胺肾上腺素受体激酶（SRK）与FERONIA（FER）多巴胺肾上腺素受体激酶可以通过自我调节可溶性氧（ROS）能力，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），该研究曾基于拜谱生物体提供的亚硝基化装饰组学分析，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无线信号分子结构始终未被鉴定，成为机制研究的关键缺口。

2025年11月20日，段巧红教援团队合作发表于Science的“Pan-family pollen signals control an interspecific stigma barrier across Brassicaceae species”，该探讨旨在通过系统软件技术鉴定远缘花粉量中与SRK运用的配体，检验其在十字花科中的保手性、的功能机理非常在生物育种中的应用软件空间。

研究方案结局

01、管理的本质讯号分子式SIPS的亲子鉴定

研究团队通过酵母双杂交与免疫力积累-质谱（IP-MS）筛选，从拟南芥成熟花粉中鉴定出属于SPH（自交不亲和核蛋白同源物）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，补缺了202几年Nature留的“远缘蜂花粉移动信号不明”缺陷。

图1 本身与SRK主动用处的种间花粉的作用数据的签别

02、SIPS-SRK-FER-ROS环路的印证

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%，反映SIPS是远缘花粉及花粉类食物促发ROS孤立通道的重要“加载网络信号”。

图2 SIPS在柱子中激发ISI体现

03、SIPS的十字花科特男人与SRK紧密联系传统性

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，这一种没想到初次清晰SIPS是十字花科一种独有的远缘蜂花粉信息。

图3 SIPS不是种被SRK大范围认证的泛皇室家族花粉的作用数据信号

与种内自交不亲和信号SCR结合SRK的“高变区（hv1-3）”不同，SIPS切合SRK的固执区。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联系的保手性保证了有差异 S单倍型的SI花草均可广谱识別远缘油菜蜜。

图4 SRK回文序列多态性不导致与SIPS的能够 效应

04、应用场景SIPS制度化的远缘交配攻略

应用场景以上的新机制，实验项目团队在之间提交的“减弱SRK/FER、除去ROS”攻略地基上，增加“讯号-通道双指导”方法，进的一步提高了远缘杂交种质量：

蜂花粉侧干涉：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。

柱子侧优化提升：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，时用“弱SI品系筛分”大大减少花托条件阻碍水平面，使应对郊果更更为明显，为非转基因植物组繁育提供数据了更方便使用的系统根目录。

图5 打造效率的十字花科蕨类植物远程访问制种思路

论文个人总结

本设计立即检验出十字花科远缘花粉及花粉类食物及花粉及花粉类食物类食物的信号SIPS，构筑“远缘花粉及花粉类食物及花粉及花粉类食物类食物SIPS-SRK-FER-ROS”的全面分子结构长效工作机制，与以后做出的“自小花粉及花粉类食物及花粉及花粉类食物类食物SCR-SRK-FER-ROS”长效工作机制互相行成“种内-种隔离中国统一模型工具”，避免了不断至今“花草怎样还维护种内异交与种间显性基因全面性”的净化微植物学难点。

拜谱总结ppt

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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参考使用文献

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