圖片來源：Jill S. Miller 惠允 |
在植物中，同時擁有雄性和雌性性器官（花）是常態。然而，少數物種會區分性別。因此，它們的生殖成功率僅為雌雄同體物種的一半。生物學家一直對雌雄異株植物如何進化感到困惑。根據今天發表在《科學》雜誌上的一項研究，多倍體——擁有超過正常兩組染色體的狀態——可能起著關鍵作用。
亞利桑那大學博士候選人吉爾·S·米勒 (Jill S. Miller) 在研究枸杞屬（Lycium）（右圖）的進化史時，首次觀察到多倍體與雌雄異株植物之間的關聯。所有三種北美洲枸杞屬植物都區分性別；所有三種都是多倍體；並且所有三種在基因上都是自交親和的——這意味著理論上雄花可以為同一株植物上的雌花授粉。傳統觀點認為，雌雄異株物種應該出現在沒有其他手段避免近親繁殖的自花授粉譜系中。然而，這三種枸杞屬植物最親近的近親是雌雄同體的，並且無法與自身交配。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的故事。
事實證明，染色體組的倍增，即多倍體事件，可能導致先前自交不親和的植物突然變得自交親和。自交不親和植物具有阻止自花授粉的基因，但它們沒有自交親和植物所擁有的避免近親繁殖的機制。因此，如果一種自交不親和植物突然變得自交親和，隨後的近親繁殖很可能導致災難性的遺傳效應。在這種情況下，自然會偏愛產生單性花的突變植物，因為它在最基本的層面上將無法自花授粉。因此，單性突變可能會在種群中迅速傳播。
因此，米勒和她的導師拉里·維納布林 (Larry Venable) 提出，在自交不親和的枸杞屬祖先中發生了一次多倍體事件，由此產生的自交親和性導致了在三種北美洲物種中看到的性別分離。同樣的事件似乎也獨立地發生在非洲南部的枸杞屬譜系中。事實上，米勒和維納布林有證據表明這種情況至少在其他植物中發生了 20 次。未來可能會出現更多案例。“人們長期以來一直在研究植物性別分離的進化，並描述了許多不同的途徑，但沒有人明確地建立聯絡並嘗試尋找這條特定的途徑，”米勒觀察到。“另一件事是，它看起來可能相對常見；如果它相對常見，那麼令人驚訝的是，至今還沒有人描述過它。”