植物如何防止“近亲婚配”

来源: 中国科学院遗传与发育生物学研究所

发布日期: 2013-11-16 09:02:57

植物通过自交不亲和性防止自花授粉,促进异交以增加遗传杂合度,提高适应性。自交不亲和性在植物界广泛分布,涉及320多个科,是植物界中重要的生物学现象。

现代遗传学告诉我们,近交可引起隐性有害基因的纯合,导致近交衰退。植物固着生长无法移动,雌雄同花植物的花粉易取“近水楼台”之便而自花授粉,产生比近交更为严重的遗传效应。植物是如何防止自花授粉的呢?原来植物都会“以逸待劳”,利用风力、水流、昆虫等媒介尽可能远距离传播花粉。而且,许多显花植物还有一项特殊本领,即便是正常可育花粉落到“自己的”柱头上也会阻止其完成受精过程,这就是所谓自交不亲和性。

自交不亲和性在植物界中广泛分布,超过60%的被子植物都有这种特性,涉及大约320多个科。达尔文一生饱受近亲婚配带来的苦难,当他观察到植物的自交不亲和现象时由衷地感叹植物的聪明,称这是“最令人吃惊的生物学现象之一”。

二十世纪初,伴随经典遗传学的诞生,人们开始通过杂交实验和野外调查研究自交不亲和现象。自交不亲和性涉及到植物对“自己”还是“异己”的识别,与生物界其它的“识别系统”如人的主要组织相容性复合体(MHC)一样,自交不亲和性在遗传上需要标记个体身份的特异性,在群体中需有这种身份标记的多样性。

二十世纪八九十年代,人们逐步利用分子生物学手段研究这种受粉相关性状的基因基础及分子机理。植物受粉从花粉落在柱头上开始,经过粘附、水合、萌发,花粉管生长,直至到达胚珠完成受精作用。在这个过程中,花粉或花粉管细胞携带自身信息,不断感知来自柱头或花柱道细胞的外部信号,当“识别”发生后,迅速作出“生死抉择”。

以两性分化为基础的有性生殖,使自交还是异交对植物来说成了一个问题。野生植物大多通过自交不亲和性促进异交限制自交,异交植物所需交配资源多成本高,但可以增加个体的遗传杂合度,使植物在面对复杂多变的自然环境时有了更多适应性表达的从容与可能。

植物自交不亲和性不仅是一个值得深入研究的生物学问题,在生产实践中也有重要应用价值。二十世纪四五十年代,育种家开始利用自交不亲和系配制杂种,利用自交不亲和系做母本,与其他自交不亲和系、自交系或正常品系进行杂交,既避免了去雄操作,省时省工,又可以通过远缘杂交获得杂种优势。

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