有花植物缘何雌雄异熟

    在有花植物中，雌雄异熟是指同一朵花的雌蕊与雄蕊在不同时间成熟，这一机制能有效避免自交、促进异交，从而维持种群的遗传多样性。但其作用机制为何？在科学界，还一直是个谜。

    此前，植物生态学家李庆军团队发现，姜科山姜属植物的“花柱卷曲性”是理想研究模型——其种群中存在两种花型：花柱向上卷曲的雌蕊先熟型和花柱向下卷曲雄蕊先熟型，二者以1:1比例共存，且每日同步进行方向相反的节律性运动，精准实现异花授粉。

    由云南大学、云南农业大学等多家单位组成研究团队，历经近十年攻关，首先通过对多个山姜属物种的自然种群调查与人工授粉实验，证实“花柱卷曲性”遵循经典孟德尔遗传规律，即由单一基因位点控制：雌先熟为显性杂合基因型，雄先熟为隐性纯合基因型。利用基因组测序与关联分析，团队最终将控制基因定位在8号染色体末端的“雌雄异熟决定区”，并发现该区域存在显著结构差异——雌先熟花型中插入了一段包含完整转座子的大片段DNA，而雄先熟花型则存在对应缺失。

    研究团队通过分析马来良姜雌雄器官在一天中不同时间点的基因表达节律发现，有一个此前未报道的新基因SMPED1，正是关键的“开关”。它所表达的节律，与花柱的每日运动和花药的开裂时间高度同步。进一步研究揭示，SMPED1基因在所有有花植物中高度保守，原本可能仅参与花药开裂调控。而山姜属植物中，转座子插入导致的基因表达模式改变，使其演化出同时控制雌蕊运动和雄蕊成熟的“多效性功能”，形成了独特的“花柱卷曲性”。

    研究人员介绍，这一成果首次鉴定出控制植物“花柱卷曲性”的关键基因，阐明了有花植物避免自交、促进异交的分子调控机制，并为理解植物性系统演化提供了新视角，也为作物育种改良提供了潜在靶点。

    （《科技日报》10.22 赵汉斌）