課題組負責人簡介

段巧紅教授，北京大學(xué)博士，美國馬薩諸塞大學(xué)博士后，長期從事十字花科植物受精機理研究，以第一作者在Nature、Nature Communications、PNAS等發(fā)表文章。2017年起任山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授以來，聚焦大白菜自交不親和及遠緣雜交生殖隔離的調(diào)控機制，以通訊作者在Nature、Current Biology等發(fā)表文章，相關(guān)育種新技術(shù)授權(quán)2項國家發(fā)明專利，為蔬菜突破性種質(zhì)的創(chuàng)制和新品種培育奠定堅實的基礎(chǔ)。

教學(xué)情況

園藝植物育種學(xué)2（本科生課程）

現(xiàn)代園藝植物育種進展（研究生課程）

研究方向

有性生殖是作物種子形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是雜交育種的基礎(chǔ)。大白菜是我國北方冬貯數(shù)量最大的蔬菜，全年播種面積約2700萬畝，約占全國蔬菜總播種面積的14.4%。十字花科植物大多具有自交不親和性，自交不親和育種以及遠緣雜交育種是重要的育種技術(shù)，但由于缺乏理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，極大地限制了大白菜等十字花科蔬菜育種的發(fā)展。

課題組以大白菜等十字花科蔬菜作物為研究對象，綜合利用形態(tài)學(xué)觀察與遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)等手段，系統(tǒng)研究蔬菜作物有性生殖調(diào)控機理，特別近年來聚焦自交不親和以及遠緣雜交生殖隔離調(diào)控機理，并應(yīng)用于蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與新品種培育。

研究成果

代表性成果一：系統(tǒng)闡述了植物花粉管與胚珠相互作用以保證受精成功的分子機理

花粉管攜帶精細胞到達胚珠，在 FERONIA 受體激酶調(diào)控的胚珠活性氧的支持下，破裂、釋放精細胞，完成雙受精（Duan et al., 2014, Nature Communications，影響因子11.47）。胚珠在花粉管進入后，在 FER 介導(dǎo)下影響細胞壁及一氧化氮的狀態(tài)，從而阻止多精入卵，確保后代遺傳穩(wěn)定和提高結(jié)實率（Duan et al., 2020, Nature，影響因子42.779）。

這次是《自然》主刊！山東農(nóng)大段巧紅團隊揭示被子植物受精過程關(guān)鍵機制(qq.com)

代表性成果二：創(chuàng)新性揭示了十字花科植物自交不親和調(diào)控機理

超過一半的被子植物通過自交不親和這種遺傳機制抑制自交促進異交，以增加后代的遺傳多樣性和環(huán)境適應(yīng)性。雌蕊柱頭對自花花粉的花粉的識別已有比較系統(tǒng)而詳盡的研究，但是識別之后柱頭如何抑制自花花粉生長卻所知甚少。團隊經(jīng)過4 年的研究，發(fā)現(xiàn)大白菜自花授粉特異性升高柱頭活性氧，而異花授粉特異性降低活性氧；且柱頭活性氧的產(chǎn)生受到 FERONIA 受體激酶的調(diào)控；進一步研究證實，柱頭活性氧是抑制自花花粉所必需的，清除活性氧則打破自交不親和，促進自花花粉的生長 （Zhang et al., Current Biology, 影響因子9.601）。由此研發(fā)的打破自交不親和的育種技術(shù)（授權(quán)2項國家發(fā)明專利），顯著提高自交系親本的繁種效率，降低制種成本。

重磅！山東農(nóng)大段巧紅課題組解析植物防止“近親婚配”機制(qq.com)

代表性成果三：系統(tǒng)解析了大白菜等十字花科植物遠緣雜交生殖隔離的形成機制

遠緣雜交育種是種質(zhì)創(chuàng)新的重要途徑，可以有效拓寬種質(zhì)遺傳范圍，但生殖隔離是遠緣雜交育種的“卡脖子”難題，很大程度上限制了遠緣物種中優(yōu)異基因資源的開發(fā)利用。團隊經(jīng)過5 年的研究，深入系統(tǒng)地解析了十字花科蔬菜作物遠緣雜交生殖隔離的調(diào)控機理（Huang et al., 2023, Nature, 影響因子49.962）。

重磅！Nature | 山東農(nóng)大段巧紅團隊揭示植物遠緣雜交新機制(qq.com)

大白菜自交不親和反應(yīng)是柱頭通過SRK受體識別進而抑制自花花粉的。團隊發(fā)現(xiàn)甘藍、歐洲山芥等遠緣花粉也能通過柱頭SRK受體，激活下游FERONIA受體激酶信號通路，升高柱頭活性氧而抑制遠緣花粉。自交親和植物的柱頭缺乏有功能的SRK受體，遠緣花粉可以穿過柱頭，但表現(xiàn)出“同種花粉優(yōu)先”的現(xiàn)象，這主要是由于種內(nèi)花粉比遠緣花粉更快更有效地降低柱頭活性氧對花粉的抑制作用，在與其他物種花粉的競爭中“勝出”，從而維持了生殖隔離。

通過由此研發(fā)的打破遠緣雜交生殖隔離的育種技術(shù)（申報5項國家發(fā)明專利），成功獲得了大白菜的種間、屬間遠緣雜交胚，為后續(xù)胚胎挽救培育遠緣雜交植株奠定了堅實基礎(chǔ)。研究成果促進了蔬菜種質(zhì)資源開發(fā)利用，開啟了遠緣雜交育種的新篇章。

入職山東農(nóng)業(yè)大學(xué)后的論文發(fā)表情況（*代表通訊作者）

Huang J, Yang L, Yang L, Wu X, Cui X, Zhang L, Hui J, Zhao Y, Yang H, Liu S, Xu Q, Pang M, Guo X, Cao Y, Chen Y, Ren X, Lv J, Yu J, Ding J, Xu G, Wang N, Wei X, Lin Q, Yuan Y, Zhang X, Ma C, Dai C, Wang P, Wang Y, Cheng F, Zeng W, Palanivelu R, Wu HM, Zhang X, Cheung AY, Duan Q*. Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae. Nature. 2023 Jan 25. doi: 10.1038/s41586-022-05640-x.

Zhang L, Huang J, Su S, Wei X, Yang L, Zhao H, Yu J, Wang J, Hui J, Hao S, Song S, Cao Y, Wang M, Zhang X, Zhao Y, Wang Z, Zeng W, Wu HM, Yuan Y, Zhang X, Cheung AY, Duan Q*. (2021). FERONIA receptor kinase-regulated reactive oxygen species mediate self-incompatibility in Brassica rapa. Current Biology 31(14):3004-3016.e4.

Huang J, Su S, Dai H, Liu C, Wei X, Zhao Y, Wang Z, Zhang X, Yuan Y, Yu X, Zhang C, Li Y, Zeng W, Wu HM, Cheung AY, Wang S, Duan Q*. (2020). Programmed cell death in stigmatic papilla cells is associated with senescence-induced self-incompatibility breakdown in Chinese cabbage and radish. Frontiers in Plant Science. 11:586901.

Su S, Dai H, Wang X, Wang C, Zeng W, Huang J, Duan Q*. (2020). Ethylene negatively mediates self-incompatibility response in Brassica rapa. Biochemical and Biophysical Research Communications. 525(3):600-606.

Duan Q, Cheung AY. (2018). Context-specific dependence on FERONIA kinase activity. FEBS Letters 592:2392-2394.

博士及博士后期間的論文發(fā)表情況（*代表通訊作者）

Duan, Q., Liu, M.J., Kita, D. Jordan, SS., Yeh, FL., Yvon, R., Carpenter, H., Federico, A., Valencia, LEG., Eyles, SJ., Wang, CS., Wu, HM., Cheung, AY*. (2020). FERONIA controls pectin- and nitric oxide-mediated male–female interaction. Nature 579, 561–566 (2020).

Duan Q, Kita D, Johnson E, Agarwal M, Gates L, Wu HM, Cheung AY*. (2014). Reactive oxygen species mediate pollen tube rupture to release sperm for fertilization in Arabidopsis. Nature Communications

doi: 10.1038/ncomms4129

Duan Q, Kita D, Li C, Cheung AY*, Wu HM. (2010). FERONIA receptor-like kinase regulates RHO GTPase signaling of root hair development. PNAS.107:17821–17826.

Duan Q, Wang D, Xu Z, Bai S*. (2008). Stamen development in Arabidopsis is arrested by organ-specific overexpression of a cucumber ethylene synthesis gene CsACO2. Planta. 228: 537-543.    

主持的科研項目

國家自然科學(xué)基金面上項目

山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項目

山東省自然科學(xué)基金重點項目

獲得的榮譽

中國青年女科學(xué)家獎獲得者（2023）

齊魯最美科技工作者（2023）

齊魯巾幗十大科技創(chuàng)新之星（2022）

山東省教育系統(tǒng)女職工建功立業(yè)標兵崗（2021）

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)最美教師（2021）

 段巧紅與黃家保老師探討科研問題     段巧紅及課題組年輕老師和研究生

段巧紅在大棚里進行授粉實驗                   段巧紅與齊魯學(xué)堂學(xué)生探討問題

課題組計劃每年招收博士生1-2名和碩士生3-4名，歡迎對十字花科蔬菜研究感興趣的同學(xué)咨詢與加盟！

聯(lián)系方式：duanqh@sdau.edu.cn

地址：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點實驗室，科創(chuàng)樓814