牛油果昼夜换性别机制被破解

牛油果（avocado）树为避免自花授粉，会在一天中的不同时段交替开放雄花和雌花。有些品种上午开雌花、下午开雄花，另一些则恰好相反。这一现象背后的遗传机制长期不明，如今有了答案。

百年谜题的遗传解释

加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）领衔的研究团队发现，这一节律由约4200万年前演化出的单个基因变异所决定。相关论文发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。该发现有望帮助牛油果育种者和研究人员快速筛选幼苗，以提高产量并开发新品种。

论文第一作者、当时在加州大学戴维斯分校攻读博士、现为加州大学伯克利分校（UC Berkeley）博士后的Jeffrey Groh表示：“我们的研究为一个世纪以来的牛油果授粉谜题提供了遗传学解释。花朵并非静态装饰，而是高度演化、动态的结构。从牛油果花朵昼夜开合的脉动节律中就能看到这一点。借助遗传学的力量，我们能在远古历史中检测到这种节律的痕迹。”

A型与B型的交替策略

所有牛油果树都是雌雄同体，但在任一时刻，其花朵要么作为雄花释放花粉，要么作为雌花接收花粉。约一半的牛油果树（“A型”植株）上午开雌花、下午开雄花，另一半（“B型”植株）则相反。这种分工降低了自花授粉导致近交的风险。牛油果育种者对此已了解一百多年，由于这两种类型容易互相授粉，果农通常会混合种植A型和B型树。

论文资深作者、加州大学戴维斯分校演化与生态学教授Graham Coop补充说：“如果所有植株同时为雄性或同时为雌性，就不会有花粉交换。拥有这两种类型，使它们以互补且同步的方式开雄花和雌花，牛油果就能在全天交换和利用花粉。”

锁定SDMYB基因

为找出这一日常节律背后的遗传机制，团队分析了加州大学河滨分校（UC Riverside）合作研究人员种植的数百棵牛油果树的基因组。通过将基因组与开花行为进行比对，他们锁定了一个名为SDMYB的基因，它与植株属于A型还是B型相关。

SDMYB调控花朵开放的时间，其表达水平在一天中呈振荡变化。牛油果中该基因存在两种不同版本（等位基因），类似于许多物种拥有两条不同的性染色体。A型植株携带每个版本各一份拷贝，B型植株则携带两份隐性版本。

Groh继续解释道：“该基因的一个等位基因是显性的，它表现出独特的时间调控模式，与A型和B型花朵开合时间的差异密切相关。”

跨越26个近缘树种

通过将牛油果基因组与近缘树种比较，团队发现至少26个近缘树种共享SDMYB的这两种版本。这表明该遗传机制调控开花行为、防止近交的作用远不止于牛油果。

Coop表示：“这些植物在一天中交替进行雄性和雌性活动，这一现象已持续超过4000万年，可能涉及数百个物种，这让我们感到震惊。”

该研究提供了一套遗传框架，可在幼苗阶段轻松区分A型和B型植株——此前这只能在成熟开花植株上完成。Coop总结道：“这些遗传标记将大大加快牛油果育种和研究。这曾是牛油果育种者的一大障碍。以前，在植株开花之前无法判断它是A型还是B型，而牛油果植株首次开花可能需要10到15年。”

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）