New Phytologist |雄性杂草可能掌握着自己死亡的关键

伊利诺伊州乌尔巴纳。-科学家们越来越接近于在美国最麻烦的两种农业杂草水麻和苋菜中找到雄性的基因。

找到这些基因可以为杂草提供新的“基因控制”方法，在许多地方，不再对除草剂产生反应。

“如果我们知道哪些基因控制雄性，并且我们可以让这些基因在种群内繁殖，那么在田间的每一株植物经过几代之后都会变成雄性，理论上，种群会崩溃。

”帕特·特兰内尔说，伊利诺伊大学作物科学系教授兼副主任，是一项新研究的主要作者植物学家特拉内尔他的同事们此前已经鉴定出与男性基因组区域相关的分子标记。在对这两个物种的雄性基因组测序后，研究人员能够使用这些标记来定位雄性特定区域。现在，它们离找到目标的基因只有120到150个。

“我们相信这120个左右的基因中的大多数可能什么都没做。“这只是在基因组的那个区域积累的物质，”特兰尔说如果非要我猜的话，我可能会说其中10个实际上在做一些相关的事情。”缩小这些杂草中与性别相关的基因可能对控制有实际价值，但这项研究也揭示了雌雄分开个体的雌雄性器官现象。

绝大多数的动物都是雌雄异株的。超过90%的开花植物在同一个个体上有两个性器官，而且往往在同一个个体内花。水麻然而，棕榈苋雌雄异株。雌雄同株意味着一种植物不可能自我授粉；相反，雌性配子必须由另一种植物的雄性花粉受精。这对确保群体的遗传多样性是件好事。这很可能是什么让水麻和棕榈苋成功地避免了多种除草剂的有害影响。

”迄今为止，水麻和紫红色已分别进化出七种和八种作用模式的抗除草剂能力。雌雄异株繁殖导致所有这些抗性性状在个体内混合和匹配。这种混合使得两个物种的种群能够结合多种抗除草剂能力，使得生产者几乎没有有效的除草剂选择说。理解植物中罕见的雌雄异株现象可以帮助科学家们拼凑出每一个亲本的性状是如何遗传的，以及如何理解这种现象进化。

不像在被认为只进化了一次的动物中，科学家认为植物中的恐龙进化了无数次。而且，根据Tranel的研究，它似乎是在水麻和棕苋中独立进化的，这两个物种关系非常密切，“我不准备说我们绝对知道它们是分开进化的，但我们发现的所有信息都支持这个观点。

在120-150个基因中，只有两个在这两个物种中彼此相似说。一个在这些共有的基因中，Florigen通过启动开花来帮助植物对白天的长短做出反应。特兰内尔还不知道它是否决定了花的性别，但他很好奇这两个物种都出现在雄性特有的Y区，“我们不确定，但可能与雄性开花早于雌性有关。这对雄性是有利的，因为当第一批雌性开始接受花粉时，它们就会分泌花粉。

因此，事实上，如果Palmer和waterhemp真的分开进化了dioecy，但都是为了适应优势而获得了这种成花素基因，那将是一个很酷的平行进化的例子。”Tranel希望缩小这两个物种中雄性特有的Y区域，从而进一步分离出决定雄性的基因。无法保证一旦这些基因被识别出来，就可以开发出一种基因控制解决方案——Tranel可能需要为此吸引行业合作伙伴——但拥有这样一种工具并不像以前那么遥远了

The article, "Male-specific Y-chromosomal regions in waterhemp (Amaranthus tuberculatus) and Palmer amaranth (Amaranthus palmeri)," is published in New Phytologist [DOI: 10.1111/nph.17108]. Authors include Jacob Montgomery, Darci Giacomini, and Pat Tranel of the University of Illinois, and Detlef Weigel of the Max Planck Institute for Developmental Biology.

The project was supported by the USDA National Institute of Food and Agriculture and the Max Planck Society.

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