课题组负责人简介

  段巧红教授，北京大学博士，美国马萨诸塞大学博士后，长期从事十字花科植物受精机理研究，以第一作者在Nature、Nature Communications、PNAS等发表文章。2017年起任山东农业大学教授以来，聚焦大白菜自交不亲和及远缘杂交生殖隔离的调控机制，以通讯作者在Nature、Current Biology等发表文章，相关育种新技术授权2项国家发明专利，为蔬菜突破性种质的创制和新品种培育奠定坚实的基础。

   教学情况

园艺植物育种学2（本科生课程）

现代园艺植物育种进展（研究生课程）

研究方向

有性生殖是作物种子形成的关键环节，也是杂交育种的基础。大白菜是我国北方冬贮数量最大的蔬菜，全年播种面积约2700万亩，约占全国蔬菜总播种面积的14.4%。十字花科植物大多具有自交不亲和性，自交不亲和育种以及远缘杂交育种是重要的育种技术，但由于缺乏理论基础和技术支撑，极大地限制了大白菜等十字花科蔬菜育种的发展。

课题组以大白菜等十字花科蔬菜作物为研究对象，综合利用形态学观察与遗传学、细胞生物学、生物化学与分子生物学等手段，系统研究蔬菜作物有性生殖调控机理，特别近年来聚焦自交不亲和以及远缘杂交生殖隔离调控机理，并应用于蔬菜种质创新与新品种培育。

研究成果

代表性成果一：系统阐述了植物花粉管与胚珠相互作用以保证受精成功的分子机理

花粉管携带精细胞到达胚珠，在 FERONIA 受体激酶调控的胚珠活性氧的支持下，破裂、释放精细胞，完成双受精（Duan et al., 2014, Nature Communications，影响因子11.47）。胚珠在花粉管进入后，在 FER 介导下影响细胞壁及一氧化氮的状态，从而阻止多精入卵，确保后代遗传稳定和提高结实率（Duan et al., 2020, Nature，影响因子42.779）。

代表性成果二：创新性揭示了十字花科植物自交不亲和调控机理

超过一半的被子植物通过自交不亲和这种遗传机制抑制自交促进异交，以增加后代的遗传多样性和环境适应性。雌蕊柱头对自花花粉的花粉的识别已有比较系统而详尽的研究，但是识别之后柱头如何抑制自花花粉生长却所知甚少。团队经过4 年的研究，发现大白菜自花授粉特异性升高柱头活性氧，而异花授粉特异性降低活性氧；且柱头活性氧的产生受到 FERONIA 受体激酶的调控；进一步研究证实，柱头活性氧是抑制自花花粉所必需的，清除活性氧则打破自交不亲和，促进自花花粉的生长 （Zhang et al., Current Biology, 影响因子9.601）。由此研发的打破自交不亲和的育种技术（授权2项国家发明专利），显著提高自交系亲本的繁种效率，降低制种成本。

代表性成果三：系统解析了大白菜等十字花科植物远缘杂交生殖隔离的形成机制

远缘杂交育种是种质创新的重要途径，可以有效拓宽种质遗传范围，但生殖隔离是远缘杂交育种的“卡脖子”难题，很大程度上限制了远缘物种中优异基因资源的开发利用。团队经过5 年的研究，深入系统地解析了十字花科蔬菜作物远缘杂交生殖隔离的调控机理（Huang et al., 2023, Nature, 影响因子49.962）。

大白菜自交不亲和反应是柱头通过SRK受体识别进而抑制自花花粉的。团队发现甘蓝、欧洲山芥等远缘花粉也能通过柱头SRK受体，激活下游FERONIA受体激酶信号通路，升高柱头活性氧而抑制远缘花粉。自交亲和植物的柱头缺乏有功能的SRK受体，远缘花粉可以穿过柱头，但表现出“同种花粉优先”的现象，这主要是由于种内花粉比远缘花粉更快更有效地降低柱头活性氧对花粉的抑制作用，在与其他物种花粉的竞争中“胜出”，从而维持了生殖隔离。

通过由此研发的打破远缘杂交生殖隔离的育种技术（申报5项国家发明专利），成功获得了大白菜的种间、属间远缘杂交胚，为后续胚胎挽救培育远缘杂交植株奠定了坚实基础。研究成果促进了蔬菜种质资源开发利用，开启了远缘杂交育种的新篇章。

入职山东农业大学后的论文发表情况（*代表通讯作者）

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.

博士及博士后期间的论文发表情况（*代表通讯作者）

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.    

主持的科研项目

国家自然科学基金面上项目

山东省自然科学基金重大基础研究项目

山东省自然科学基金重点项目

获得的荣誉

 齐鲁巾帼十大科技创新之星（2022）

 山东省教育系统女职工建功立业标兵岗（2021）

 山东农业大学最美教师（2021）

段巧红与黄家保老师探讨科研问题                        段巧红及课题组年轻老师和研究生

段巧红在大棚里进行授粉实验              段巧红与齐鲁学堂学生探讨问题

课题组计划每年招收博士生1-2名和硕士生3-4名，欢迎对十字花科蔬菜研究感兴趣的同学咨询与加盟！

联系方式：duanqh@sdau.edu.cn

地址：山东农业大学作物生物学国家重点实验室，科创楼814