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亚洲科学家 – 柿子是一小部分把雌雄分离的植物 – 单棵树只能是雄或雌。目前在京都大学和加州大学戴维斯分校的科学家发现柿子的一个品种是如何决定性别,由此打开了植物育种的大门。此项工作被刊载在《科学》杂志上。
大多数的植物雌雄同体,雄性和雌性的性别器官都在同一棵植物上。有些,像西红柿,稻米,豆类和其他栽培种类,在同一花朵上从雄性器官投掷花粉至雌性器官。其他的则用巧妙的方法保证单一个体对另一朵花授粉。只有五个百分比的植物有分开的性别,称为雌雄异株,或“两房”。
“把其当作是大自然最好的诀窍以确定繁殖后代涉及两个个体,以便基因混合最大化。柿子,阿月浑子,野生葡萄树,奇异果,啤酒花,菠菜,甚至大麻都是雌雄异株,”Luca Comai说,他是加州大学戴维斯分校的植物学教授,也是该文章的资深作者。
在哺乳动物里,性别是由X和Y染色体决定的:雄性有一个X和一个Y;雌性有两个X。一个在Y染色体的单个基因负责启动男性特征的发育。大多数的雌雄异株植物貌似人类系统,有XY为雄性,XX为雌性。什么基因决定植物的性别是长久以来的谜团。
由京都大学Ryutaro教授建立在一科柿子树的工作,研究者们梳理了一些柿子树的基因组,寻找着男性独有的基因。他们寻着了一个不寻常的基因,称为OGI(日语中的雄树)。不像大多数的基因,他们发现OGI没编码蛋白。相反的,其编码非常小段的RNA,起着“分子剪刀”的作用,修整另一个称为MeGI (日语为雌树) 基因的表达。
在雌性中,MeGI被高水平表达,扮演中性化的媒介,抑制花粉形成。在雄性中,OGI防止MeGI的累积。RNA剪刀的调控是易变的,这能解释为何植物遗传上是单性的但功能上能形成雌雄异株。
在柿子中的OGI-MeGI系统之发现为其他在雌雄异株植物的平行研究提供了比较,Comai教授说。
“因为性别分离在植物中独立进化了许多次,我们能有效的重演进化史和提问植物是否对同一困难发明不同的方案,还是同样的调控系统被一次又一次的征募,”他说道。这个成果也有应用前景。
“分离性别是生成植物混种的最有效方法,而混种是农业生产力的关键,”Isabelle Henry博士,该研究的副作者说。“在未来,我们可能可以培育雌雄异株成为新品种和借助自然系统以促进混种生产。”