4000万年前 核桃树就能够在每个季节交替开出雄花和雌花

加州大学戴维斯分校的生物学家在核桃树中发现了一种令人着迷的遗传机制，这种机制使核桃树能够在每个季节交替开出雄花和雌花--这一特性已经稳定了4000万年。这一发现不仅揭示了植物的繁殖机制，而且与人类的性别决定机制相似。

加州大学戴维斯分校研究生杰弗里-格罗（Jeffrey Groh）发现了核桃树如何在同一季节的不同时间开出不同性别的花朵。 这种遗传机制与许多动物的性别决定类似。 图：格罗与加州大学戴维斯分校校园内的一棵加州黑核桃树。 图片来源：生物科学学院 Sasha Bakhter

加州大学戴维斯分校的生物学家发现了核桃树性别交替背后的基因基础。 他们的研究结果发表在 1 月 3 日的《科学》（Science）杂志上，确定了一种在核桃及其祖先身上保持稳定长达 4000 万年之久的机制。 有趣的是，这种机制与人类和其他动物的性别决定系统有一些相似之处。

开花植物采用各种策略来避免自花授粉。 有些植物的物理结构使其难以自花授粉，而有些植物则会产生明显的"雄株"和"雌株"。 某些物种，如核桃树、山核桃树和胡桃树，采取了一种更动态的方法，在同一季节交替开雄花和雌花。 值得注意的是，每棵核桃树始终遵循两种模式中的一种：要么在季节开始时开雄花（"雄花先开"），要么开雌花（"雌花先开"）。 查尔斯-达尔文于 1877 年首次注意到这一现象。 20 世纪 80 年代，加州大学戴维斯分校的研究生斯科特-格里森（Scott Gleeson）发现，这种开花模式是由一个基因座控制的。

加州大学戴维斯分校群体生物学研究生、论文第一作者杰夫-格罗（Jeff Groh）说："核桃和山核桃有一种时间二态性，即在整个季节中雌雄交替开花。这种现象早在 19 世纪就已为人所知，但之前一直没有在分子水平上得到理解。"

这种现象既出现在驯化的核桃中，也出现在北加州黑胡桃等野生亲缘植物中。 在野生核桃树中，先长雄树和先长雌树的比例几乎是 1:1。

格罗和他的博士生导师、进化与生态学系的格雷厄姆-库珀教授利用加州大学戴维斯分校核桃育种项目的数据，还追踪了生长在加州大学戴维斯分校校园周围的北加州本土黑核桃树的开花情况。 研究人员将它们划分为先雄后雌的群体，对它们的基因组进行测序，并确定了与这一性状相关的序列。

在核桃中，他们发现了与雌花先开或雄花先开有关的一种基因的两个变体。 这种DNA多态性至少出现在九种核桃中，并且已经稳定了近4000万年。

格罗说："在如此长的时间内保持变异是非常不典型的。 在这种情况下，两种开花类型相互平衡。 如果一种花型在种群中比另一种花型更常见，那么不常见的花型就会获得交配优势，从而变得更常见。 这将推动系统达到 50:50 的平衡，并保持遗传变异。"

格罗发现，山核桃也有决定开花顺序的平衡基因多态性，但与核桃的基因组不同。 山核桃的多态性似乎比核桃更古老，已有 5000 多万年的历史。

核桃和山核桃有亲缘关系，它们是如何通过完全不同的基因形成相同的开花机制的呢？可能是核桃和山核桃的祖先在进化过程中找到了相似的解决方案。 但也有可能，这种分时开花系统在这个家族中出现的时间更早，大约是 7000 万年前，但随着时间的推移，实现这一系统的确切遗传机制发生了变化。

耐人寻味的是，这与动物性染色体的工作方式相似，两种结构变体（人类和其他哺乳动物的X和Y染色体）大致保持平衡。这与性别决定的共同模式有明显的相似之处。

编译自/scitechdaily