加州大學戴維斯分校的生物學家在核桃樹中發現了一種令人著迷的遺傳機制，使核桃樹能夠在每個季節交替開出雄花和雌花–這一特性已經穩定了4000萬年。這項發現不僅揭示了植物的繁殖機制，也與人類的性別決定機制相似。

加州大學戴維斯分校研究生傑弗裡-格羅（Jeffrey Groh）發現了核桃樹如何在同一季節的不同時間開出不同性別的花朵。 這種遺傳機制與許多動物的性別決定類似。 圖：格羅與加州大學戴維斯分校校園內的一棵加州黑核桃樹。 圖片來源：生物科學學院Sasha Bakhter

加州大學戴維斯分校的生物學家發現了核桃樹性別交替背後的基因基礎。 他們的研究結果發表在1 月3 日的《科學》（Science）雜誌上，確定了一種在核桃及其祖先身上保持穩定長達4000 萬年之久的機制。 有趣的是，這種機制與人類和其他動物的性別決定係統有一些相似之處。

開花植物採用各種策略來避免自花授粉。 有些植物的物理結構使其難以自花授粉，而有些植物則會產生明顯的”雄株”和”雌株”。 某些物種，如核桃樹、山核桃樹和胡桃樹，採取了更動態的方法，在同一季節交替開雄花和雌花。 值得注意的是，每棵核桃樹始終遵循兩種模式中的一種：要么在季節開始時開雄花（”雄花先開”），要么開雌花（”雌花先開”）。 查爾斯-達爾文於1877 年首次注意到這一現象。 1980 年代，加州大學戴維斯分校的研究生 Scott Gleeson）發現，這種開花模式是由一個基因座控制的。

加州大學戴維斯分校群體生物學研究生、論文第一作者傑夫-格羅（Jeff Groh）說：”核桃和山核桃有一種時間二態性，即在整個季節中雌雄交替開花。這種現象早在19 世紀就已為人所知，但之前一直沒有在分子層面上被理解。

這種現象既出現在馴化的核桃中，也出現在北加州黑胡桃等野生親緣植物中。 在野生核桃樹中，先長雄樹和先長雌樹的比例幾乎是1:1。

格羅和他的博士生導師、進化與生態學系的格雷厄姆-庫珀教授利用加州大學戴維斯分校核桃育種計畫的數據，也追蹤了生長在加州大學戴維斯分校校園周圍的北加州本土黑核桃樹的開花狀況。 研究人員將它們劃分為先雄後雌的群體，對它們的基因組進行定序，並確定了與此性狀相關的序列。

在核桃中，他們發現了與雌花先開或雄花先開有關的一種基因的兩個變體。 這種DNA多態性至少出現在九種核桃中，並且已經穩定了近4000萬年。

格羅說：”在如此長的時間內保持變異是非常不典型的。在這種情況下，兩種開花類型相互平衡。 如果一種花型在種群中比另一種花型更常見，那麼不常見的花型就會獲得交配優勢，從而變得更常見。

格羅發現，山核桃也有決定開花順序的平衡基因多態性，但與核桃的基因組不同。 山核桃的多態性似乎比核桃更古老，已有5000 多萬年的歷史。

核桃和山核桃有親緣關係，它們是如何透過完全不同的基因形成相同的開花機制的呢？可能是核桃和山核桃的祖先在演化過程中找到了類似的解決方案。 但也有可能，這種分時開花系統在這個家族中出現的時間更早，大約是7000 萬年前，但隨著時間的推移，實現這個系統的確切遺傳機制發生了變化。

耐人尋味的是，這與動物性染色體的工作方式相似，兩種結構變異（人類和其他哺乳動物的X和Y染色體）大致保持平衡。這與性別決定的共同模式有明顯的相似之處。

編譯自/ scitechdaily