Их исследование, первое подтверждение ранних моделей расхождения половых хромосом в пределах одного и того же вида, было опубликовано в Nature Communications.В то время как большинство цветковых растений являются гермафродитами, садовая спаржа обычно бывает мужской (XY) или женской (XX), хотя YY «супермашки» могут выращиваться в теплице.
Гроверы предпочитают исключительно мужские растения, так как они живут дольше и не сеют самосев. Селекционеры производят семя XY, полностью состоящее из самцов, путем скрещивания самки XX с суперкобелем YY. До сих пор различия между X- и Y-хромосомами спаржи не были поняты, и селекционеры не могли отличить самцов XY от суперсамцов YY без трудоемких тестовых скрещиваний.«Одна из вещей, которую мы смогли сделать довольно рано в нашем сотрудничестве, заключалась в том, чтобы идентифицировать генетические маркеры, которые позволили селекционерам эффективно отличать самцов XY от самцов YY, а затем использовать этих самцов YY для получения полностью мужских семян», — сказал Джим Либенс.
Мак, профессор биологии растений и старший автор исследования.Понимание генетической изменчивости растений, допускающей наличие самцов XY и YY, было продвинуто путем идентификации генов, определяющих пол, что открывает путь для более эффективного развития и производства ценных гибридных растений спаржи.«Помимо более быстрой идентификации половых генотипов, наши сотрудники теперь могут манипулировать Y-хромосомой спаржи для преобразования самцов в самок или гермафродитов. В ближайшем будущем заводчики смогут скрещивать любые линии, которые они захотят, без необходимости смотреть в пределах одной линии для самок, обладающих одним набором характеристик, и в другой линии для самцов с дополнительными чертами », — сказал Либенс-Мак.
Вопросы о большом разнообразии половых систем у растений восходят к Чарльзу Дарвину, а модель происхождения половых хромосом с двумя генами была придумана датским генетиком Могенсом Вестергардом в начале 20 века. Но теорию невозможно было проверить с помощью анализа половых хромосом людей и млекопитающих, где расхождение хромосом X и Y произошло десятки миллионов назад.Цветущие растения, такие как спаржа, однако, имеют более недавнее происхождение из отдельных полов и половых хромосом, что представляет собой идеальную возможность протестировать двухгенную модель Вестергаарда и в то же время помочь программам селекции сельскохозяйственных культур.Исследователи обнаружили, что, как предсказывали Вестергаард и другие, сцепление гена, необходимого для мужской функции, с геном, задерживающим развитие женских органов на небольшой части Y-хромосомы, было отправной точкой для эволюции половых хромосом спаржи.
«За последние сто лет биологи-эволюционисты выдвинули гипотезу о нескольких способах превращения обычной пары хромосом в пару X и Y, определяющих пол», — сказал Алекс Харкесс, бывший докторант лаборатории Либенс-Мак и ведущий автор исследования учиться. «Наша работа подтверждает одну из этих гипотез, показывая, что пара половых хромосом может развиваться путем мутаций всего в двух генах: один влияет на развитие пыльцы (самцов), а другой — на развитие пестиков (самок)».«Селекционеры десятилетиями мечтали о манипулировании определением пола у садовой спаржи», — сказал соавтор Рон ван дер Хульст из племенной компании Limgroup в Нидерландах. «Идентификация генов определения пола у спаржи теперь позволит нам производить растения с мужскими, женскими и двуполыми цветками и значительно ускорить развитие инбредных линий для получения элитных гибридных семян».
Соавтор и итальянский селекционер спаржи Агостино Фалавинья также отметил, что эталонный геном садовой спаржи позволит ему и другим селекционерам более эффективно использовать диких родственников в качестве источников генов, которые могут повысить устойчивость к болезням, качество копья, вкус, аромат и содержание антиоксидантов.