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Nature Plants “害羞女孩”和“友好男孩”决定了猕
更新时间:2019-08-11

  自然界中大部分植物的花属于两性花,既有雄蕊又有雌蕊。但有些植物,如猕猴桃、玉米、黄瓜等,它们的花只含有雄蕊或者只含有雌蕊,被称为。如果同一植株上既有雄花又有雌花称为雌雄同株,如玉米;相反,一个植株上只含有一种性别花被称为雌雄异株,如猕猴桃。雌雄异株在多个植物支系中独立进化,其相关机制的研究不仅有助于对植物性别演化的认识,还可以用于调控作物的性别,具有重要的理论和实际应用价值。

  和人类一样,部分雌雄异株的植物也具有性染色体,雄性性染色体为XY,雌性的性染色体为XX。雌雄异株植物的分化机制常用“双突变模型”来解释,该理论认为雌雄异株的单性花起源于祖先的两性花,雌性株系原X染色体上的一个促雄因子(M)突变了,只产生了雌蕊;雄性株系的原Y染色体获得了雌性的抑制子(SuF),雌蕊不能发育,只能产生雄蕊。但不同支系植物的促雄因子和抑雌因子可能并不相同。

  猕猴桃原产于中国,现已是一种世界范围内广泛消费的水果。猕猴桃的性别受到异型雄配子系统的控制,雌性的染色体为2A+XX(A为常染色体),雄性的染色体为2A+XY。2018年4月,日本京都大学Takashi Akagi团队通过全基因组测序和转录组分析,鉴定到了猕猴桃的抑雌因子,该基因定位于Y染色体上,抑制雄花中雌蕊的发育,进而导致雄性花的产生。研究人员将该基因命名为害羞女孩(Shy Girl,SyGl)【1】(点击查看此前的报道:“害羞女孩”揭示植物性别演化的奥秘)。

  8月5日,Nature Plants在线发表了该团队题为Two Y chromosome-encoded genes determine sex in kiwifruit的论文。在该研究中,研究人员克隆了猕猴桃中的促雄因子,并将其命名为友好男孩(Friendly boy,FrBy)。该基因是维持雄蕊发育所必需的,将该基因转入雌性猕猴桃中,产生了两性花猕猴桃,这是首次依靠人为方式产生的两性花植物。

  研究人员对种间杂交(A. rufa sel. Fuchu × A. chinensis)的F1群体的进行重测序,并发现了A. chinensis中0.5Mb的Y染色体特异区域,盛杰堂心水论坛该区域含有61个潜在的基因。通过分析早期花药的转录组数据,研究人员发现这61个基因中只有一个特异的在花药中表达,并将其命名为Friendly Boy (FrBy)。利用CRISPR将拟南芥和烟草中FrBy的同源基因敲除之后,绒毡层细胞的程序性死亡严重推迟,最终导致雄性不育,这与猕猴桃雌花中的表型类似,证明FrBy就是猕猴桃中的促雄因子。

  通过对一个雄性植株进行基因组重测序,并结合转录组分析,发现Y染色体特异区域包含的基因中只有FrBy和SyGl是雄性特异且显著表达的。研究人员进一步在人工培育的两性花猕猴桃品种中发现,Y染色体上只含有促雄因子FrBy不含有抑雌因子SyGl,从而保证了雌蕊和雄蕊都能正常的发育。而将FrBy转入到雌性品种中会产生两性花,该两性花自交可育,表明雄性育性正常。

  最后,研究人员提出了促雄因子FrBy和抑雌因子SyGl调控猕猴桃性别分化的模型,在早期的两性花祖先中,FrBy的失活产生了原始的X染色体,使得雌性植株中雄蕊败育,而SyGl的获得产生了原始Y染色体,使得雄性植株中雌蕊败育。总之,该研究加深了我们对植物双因子性别决定系统的理解,也为雌雄异株植物的育种提供了新的方法。


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