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油松兩性結構來源於雄球花

  • 發佈時間:2015-12-03 03:33:12  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  在琳瑯滿目的植物世界中,被稱為“開花植物”的被子植物是最受注目的一類。在研究領域,關於被子植物的起源與進化,自達爾文時代起,便成為植物進化領域裏的一個重大難題,達爾文直接將其稱為“令人討厭的謎題”。

  北京林業大學生物學院教授李偉團隊在對油松兩性突變球花多年田間觀察的基礎上,借助最新的研究手段,對不同發育進程中的雌雄球花及兩性球花不同性別部分進行了高通量基因表達分析,證實油松兩性結構實際上來源於雄球花,表明兩性生殖結構很可能起源於雌性結構在雄性結構上部(內輪)的異位發育。

  該研究還發現,在發育過程中,雄球花遺傳調控程式具有非常好的抗干擾性,其可以包容部分雌性發育遺傳程式的異位表達,導致雌性結構在兩性球花頂端部分異位發育,而並不影響已經完成性別決定部分組織結構的正常功能,使兩性球花具有“完全花”的功能,即雄性部分可以産生正常的花粉,雌性結構可以受精並産生種子。

  大部分裸子植物都依賴風力傳粉,這是一種十分消耗能量而且低效的方式,而被子植物則進化出了更新、更先進的蟲媒傳粉方式,這不僅幫助有花植物節省花粉的生産以保留更寶貴的能量,還促進了異交,使後代獲得更多的雜種優勢,

  因此,許多關於兩性起源的假説都認為蟲媒傳粉的進化使兩性結構在進化之初便形成了選擇優勢,為被子植物的迅速繁茂推波助瀾。

  參與本研究的北京林業大學博士鈕世輝卻認為,蟲媒傳粉的進化對於被子植物的起源可能並不止于錦上添花,而很可能是至關重要的。觀察發現兩性球花雄性部分雖然能産生正常花粉,但卻並不能正常散粉,如果兩性結構在進化之初也同樣喪失了依賴風媒傳粉的能力,那麼蟲媒傳粉機制進化的動力除了獲得雜種優勢外,兩性結構本身承受的選擇壓力很可能也發揮著重要作用。

  值得一提的是,探究針葉樹球花性別調控機制還有著重要的現實意義,針葉樹在北半球林業與生態環境中都有著重要地位,世界上現在最古老、最高、最大的生物全部屬於針葉樹,而針葉樹的繁育主要依賴種子繁殖,性別調控一直是針葉樹遺傳改良與良種繁育的技術重點與難點。

  現在,研究人員已經根據最新的發現,嘗試人為調控針葉樹的性別,並已經在田間用實驗證實兩性球花可以人為重復且穩定地誘導。這些研究進一步表明,裸子植物祖先有充分的潛力從雄性結構中進化出兩性結構,而兩性結構的起源也許正是一個新時代的開端。

  植物的進化從未有過停止,達爾文謎題的解答也仍在繼續。從古老有花植物茂林中的靈長類祖先,到東非熱帶大草原的草叢中的早期人類,再到漫步在百花粧點的都市林蔭道的現代人類,人類文明向前邁出的每一步旁邊都盛開著各異的花朵。但很少有人能夠想到,這一切都要感謝2億年前,有一株裸子植物。

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