生物帮 生命科学网-生物技术、科学门户网站|为生物科学技术领域提供动力！早在19世纪，查尔斯·达尔文(Charles Darwin)就认识到雄配子的数量-植物的花粉，动物的精子-在个体和物种之间高度可变。乍一看，大量雄配子似乎有利于雄性之间竞争产生更多后代的竞争。但是，许多驯化物种的雄配子数量减少。从理论上讲，降低生产雄配子的成本可能是有利的，例如，当自体受精或近交的比率很高且成功繁殖所需的雄配子较少时。
自肥植物的基因组分析
“到目前为止，尚无证据支持这一观点，因为雄性配子的产生是受许多影响很小的基因影响的复杂性状，其分子基础仍然未知”，日本进化生物学与环境研究教授清水健太郎说。苏黎世大学(UZH)。在他的领导下进行的一项国际研究现在提供了此类证据，并证明减少花粉数量不一定有害，但对自育物种有利。
为了进行研究，研究人员使用了特征明确的模型植物拟南芥，该植物主要是自肥的，与野外的亲戚相比，花粉粒的数量减少了。他们计算了144种具有不同遗传背景的植物的花粉数量，发现每朵花的花粉粒变化范围为2,000至8,000。然后，他们比较了这些变体的全部遗传信息，以寻找花粉数量较高和较低的植物之间的差异。
RDP1基因控制花粉的产生
这项计算分析，即所谓的全基因组关联研究，揭示了一个影响每株植物产生花粉数量的基因，该基因随后被命名为REDUCED POLLEN NUMBER1(RDP1)基因。研究人员使用新颖的基因组编辑技术CRISPR-Cas9在高和低花粉数量的植物中创建了RDP1基因的多个突变体。他们将突变的植物彼此杂交，并计算了杂交后代产生的花粉。清水研究小组的技术人员山崎美佐子说：“这些实验证实了RDP1基因的微妙但重要的作用。”与其他生物体的比较显示，该基因编码一个促进核糖体(蛋白质生产的细胞工厂)构建的因子。
花粉少赋予较高的适应性
接下来，研究小组调查了是否正确选择了花粉数量减少的情况，以及是否偶然发生。为此，他们使用一种统计方法来深入了解具有不同花粉产量的模型植物中RDP1基因的进化。结果表明，降低花粉数量的性状确实处于正选择下。
此外，研究团队研究了与花粉数量有关的许多基因组区域的进化。花粉数量的选择非常强大-与先前对100多个性状(如抗病性和环境响应)的研究相比，它具有很高的选择力。这支持花粉数量对繁殖成功的重要性。
优化农业施肥
清水解释说：“证据支持减少雄配子的投资是有利的理论预测。这不仅对进化生物学很重要，而且对一般植物育种和驯化的实践也很重要。”“由于驯化，许多农作物的花粉数量减少。降低花粉生产成本可能会提高作物产量。另一方面，花粉粒太少可能会阻碍育种和种子生产。我们的研究为最佳花粉数量的分子育种。”
