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研究人员详细介绍了防止自体受精的植物自我识别系统

2019-04-09 14:39:35 • 来源：

自体受精是一个问题，因为它导致近亲繁殖。防止自体受精的识别系统已经发展到确保植物仅与遗传上不同的植物交配而不与其自身交配。自我不相容的识别系统在我们周围都存在于自然界中，并且可以在至少100个植物家族和40%的物种中找到。然而，到目前为止，研究人员还不知道这些系统中令人惊讶的多样性是如何演变的。奥地利科学技术研究所(IST奥地利)的一个研究小组已经采取措施，破译新的交配类型如何在非自我识别的自交不亲和系统中进化，从而导致自然界中出现的令人难以置信的遗传多样性。结果发表在本月的遗传学杂志上。

研究人员详细介绍了防止自体受精的植物自我识别系统

在金鱼草和矮牵牛等植物中，当花粉落在柱头上时，它会发芽并开始生长。然而，耻辱感含有阻止花粉生长的毒素(SRNase)。花粉反过来有一组基因(F-box基因)，除了由“自我”耻辱产生的毒素外，它们产生所有毒素的解毒剂。因此，当花粉落在不属于同一植物的柱头上时，它就会受精，但当它落在植物自身的耻辱上时就不会受精。它可能看起来像一个苛刻的系统，但植物可以使用这种毒素 - 解毒剂系统，以确保它们只与遗传上不同的植物交配。这很重要，因为自体受精导致近亲繁殖，这对后代是有害的。

在非自我识别系统中，雄性(花粉)和雌性(耻辱)基因作为一个团队一起工作以确定识别，因此雄性和雌性基因的特定变异形成交配类型。非自我识别系统在我们周围都存在，并且具有令人惊讶的交配类型多样性，因此它们演化中的一个重要问题是：当这样做需要双方突变时，如何进化新的交配类型?例如，当雌性一侧(柱头)发生变化时，它会产生一种新的毒素，其他花粉没有解毒剂，因此不会发生交配。这是否意味着首先需要改变男性(花粉)，以便出现解毒剂，然后等待耻辱(女性方面)的相应变化?但是，当进化是一个随机过程时，这种共同进化如何发挥作用呢?是否有特定的突变顺序更有可能产生新的交配类型?

为了破译这种复杂的非自我识别系统是如何演变的，奥地利IST的Nick Barton和实验植物生物学家的博士后研究员Melinda Pickup与理论家(以及Barton集团的前博士后)合作，现任助理教授Katarina Bodova在布拉迪斯拉发的夸美纽斯大学，现在在洛桑大学进行博士后的Tadeas Priklopil，以及现任维也纳大学助理教授的David Field。该项目是一个例子，解决生物学问题需要来自不同研究领域的科学家的技能，在这种情况下是进化遗传学，博弈论和应用数学领域。“该项目展示了具有不同背景的科学家之间的合作如何将生物学见解与数学分析相结合，

通过理论分析和模拟，研究人员研究了新的交配类型如何在非自我识别系统中进化。他们发现新类型可以通过不同的途径进化。在某些情况下，这发生在能够自我受精的中间阶段;但在其他情况下，它会通过保持自我不相容而发生。他们还发现，当自花受精(通过近亲繁殖)的成本很高时，新的交配类型才会进化。缺乏 - 即缺少产生女性毒素解毒剂的F-box基因 - 被发现对新的交配类型的进化很重要：完整的交配类型(具有全套F-Box基因)保持最长时间时间，因为他们拥有最多的交配伙伴。当种群中交配类型较少时，新的交配类型更容易进化。此外，人口中的人口统计数据会影响非自我识别系统的演变：人口规模和突变率都会影响该系统的演变。

因此，虽然似乎拥有一个完整的F-box花粉基因团队(因此解毒剂)是新交配类型进化的最佳方式，但这个系统很复杂，可以通过许多不同的途径改变。有趣的是，虽然研究人员发现新的交配类型可以进化，但理论模拟中基因的多样性与自然界中的基因相比更少。对于Melinda Pickup来说，这一观察很有趣：“我们已经提供了对该系统的一些了解，但仍然存在更多问题，而且自然界中高度多样性的神秘面纱仍然存在。”

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