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植物也有性生活?

2018-9-9@艾米

女人和男人,母鸡和公鸡,母牛和公牛分开的性别对于自然来说似乎是基本的,但它们对大多数植物来说都是一种奇怪的现象。现在,科学家们已经弄清楚了草莓,这种具有任何植物或动物中最年轻的已知性染色体的草莓,是如何在最近向雄性和雌性过渡的。不寻常的“跳跃”基因可能意味着植物的性别差异可能比任何人意识到的更快。
“我们现在第一次看到性染色体在空间和时间上的进化,”密苏里州圣路易斯市唐纳德丹佛斯植物科学中心的进化生物学家Alex Harkess说,他没有参与这项研究。“这不仅仅是关于性染色体的建立,而是性别决定区域是如何持续进化的。”
动物具有共同起源的古老性染色体。但是在植物中,性染色体最近才出现(在过去的几百万年中),并且大多数植物通常是雌雄同体 – 其中包含雄性和雌性性器官。只有约6%分为不同的性别,包括花园芦笋,木瓜,啤酒花和大麻。草莓,作为一个未受过教育的俄亥俄农民在19世纪40年代发现,有三种口味:雄性,雌性和雌雄共体。
为了弄清楚这些口味是如何进化的,宾夕法尼亚州匹兹堡大学的生态学家Tia-Lynn Ashman花了近20年时间才发现草莓基因组的不同位置可以控制性别。但要弄清楚这些基因的位置就像在镜子大厅里寻找宝藏一样:与我们23条染色体中每条染色体只有两份的人类不同,草莓有七个染色体的八份,总共56个。
Ashman第一次幸运之举是10年前,她和她的团队在东海岸的一种常见的北美野草莓(Fragaria virginiana)中找到了“男性”和“女性”决定区域的第一个证据。但当他们在密切相关的俄勒冈州海滩野生草莓F.chiloensis中找到相同的性别区域时,它在完全不同的染色体上处于完全不同的位置。第三种草莓也是如此。这些地区在不同的地方做了什么?

开花的雄性俄勒冈海滩草莓(右)有黄色棒棒糖花药,从雌性(左侧)缺失。NA WEI

开花的雄性俄勒冈海滩草莓(右)有黄色棒棒糖花药,从雌性(左侧)缺失。NA WEI

Ashman说,显而易见的答案是草莓独立地发展了不同的性别。但另一个不太可能的解释是,一个DNA区域曾经出现过一次并在基因组周围移动。2011年,当第一个草莓基因组计划获得成果时,被允许更详细的遗传学研究,科罗瓦利斯州俄勒冈州立大学的进化生物学家Aaron Liston和现在波士顿哈佛大学公共卫生学院的进化遗传学家Jacob Tennessen联手与Ashman一起仔细观察。
他们用蛮力法(brute force method,也称为穷举法或枚举法)对60只F.virginiana和F.chiloensis植物进行了测序,均分为雄性和雌性,以确定是否有任何DNA对于雌性是独特的。他们探寻所有雌性中存在什么基因序列,但所有雄性都没有。研究人员在上个月晚些时候在《PLOS Biology》上报告说,果然,所有雌性都分享了一个短序列,这个序列在植物繁殖了很多代后至少跳了两次。
更重要的是,随着每次跳跃,序列上“女性”特异性基因的数量增加。研究人员推测,那些旅游“纪念品”增加了性染色体之间的差异。在人类和其他动物中,这种性别差异最终变得极端。在草莓中,短跳跃序列包含两个在花粉和果实发育中具有潜在作用的基因。
爱丁堡大学进化生物学家Deborah Charlesworth在电子邮件中写道:“这项研究提供了第一次观测,表明植物性别决定区域可以从初始位置跳到新的置。”Deborah Charlesworth是性染色体进化的先驱。“这项研究做了一个英勇的工作,试图解决这个问题。”
研究人员警告说,这两个基因的功能以及它们如何“跳跃”的细节仍需要确认。Ashman说,这些调查结果为更大的问题奠定了基础:为什么这些地区首先会跃跃欲试?Ashman和Liston将跟进。
但是,不要在你的杂货店或农贸市场里寻找特殊的“男女”草莓。在最后的情节扭曲中,研究中野生草莓的杂交后代都具有由它们繁殖的性别差异。

本文源自 Science ,由米粮仓 艾米 基于创作共用协议(CC BY-NC)发布。

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