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新的研究阐明了保持玉米与其古老的祖先草teosinte不同的机制

发布时间:2019-05-27 10:51:37 来源:

确定一个物种如何与另一个物种区别开来一直是可追溯到查尔斯达尔文的迷恋主题。由卡内基的Matthew Evans领导并在Nature Communications上发表的新研究阐明了使玉米与其古老的祖先草teosinte不同的机制。

形态需要隔离。有时这种隔离是由地理条件促进的,例如山脉或岛屿,它们将两个种群分开并防止它们成为不同的物种之前的杂交。但在其他情况下,分离物种的障碍是阻止它们成功交配或产生可存活后代的生理因素。

“在植物中,这种遗传分离可以通过阻止一个物种的'雄性'花粉成功施肥另一个物种的'雌性'雌蕊的特征来维持,”埃文斯解释说。

大约9000年前,玉米或玉米被墨西哥巴尔萨斯河谷的teosinte驯化。两种草的一些种群适合繁殖。但是其他人在同一地区生长并同时开花,但很少产生杂交种。

众所周知,称为Tcb1-s的基因簇是三种中的一种,它们赋予这些很少杂交的玉米和teosinte种群之间的不相容性。与其他两种不同,它几乎只在野生teosinte中发现。它包含编码野生teosinte拒绝玉米花粉的能力的雄性和雌性基因。

在性相容的植物中,花粉(基本上是精子递送载体)落在雌蕊上并形成一个管子,该管子伸长并钻入卵巢,卵子受精。但是,当玉米花粉落在野生teosinte植物的雌蕊或丝绸上时,情况并非如此。

埃文斯和他的同事 - 卡内基的Yongxian Lu(第一作者),Samuel Hokin和Thomas Hartwig以及威斯康星大学麦迪逊分校的Jerry Kermicle证明了Tcb1-雌性基因编码的一种能够修饰细胞的蛋白质墙壁,可能使玉米花粉管弹性较小,从而阻止它们到达teosinte蛋。当这些管不能一直延伸到卵​​子时,不会发生受精,并且不可能进行杂交。

更重要的是,因为teosinte花粉可以使自身受精,研究人员认为Tcb1-雄性基因编码能够使teosinte花粉克服这种花粉管屏障构建的能力。

“大多数依靠风和水而不是鸟类或昆虫进行授粉的植物物种多样性都很低,”埃文斯说。“但不是草,这使他们的进化历史特别有趣。”

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