巴西喙莎草有性繁殖却产出克隆后代，科学家发现首例雌雄减数分裂完全无重组的有性物种

IT之家 10 月 4 日消息，德国马克斯 · 普朗克植物育种研究所的安德烈 · 马奎斯（André Marques）领导的一支国际团队发现，巴西喙莎草（Rhynchospora tenuis）虽进行有性繁殖 —— 产生花粉、完成受精并结出种子，却完全丧失了减数分裂中同源染色体之间的 DNA 交换。 也就是说，这种植物通过有性生殖产生种子，但在父本和母本染色体之间完全没有 DNA 重组，后代与母本基因型相同，在结果上类似克隆繁殖。相关论文发表在《自然》杂志上。 按照大家所学到的中学课本知识，有性繁殖通常依赖减数分裂，同源染色体在这一过程中交换 DNA 片段，产生遗传多样性并确保染色体正确分离。没有交叉互换，生育力通常会受损。此前细胞学研究曾提示该物种的雄性减数分裂不进行交叉互换，但雌性减数分裂是否同样如此、以及植物如何在无重组条件下维持染色体传递和生育力，一直未有答案。 该团队将来自巴西 9 个植株的基因组组装与染色体成像、单个花粉核测序及控制杂交实验相结合，在超过 10000 个花粉核中未检测到任何交叉互换，雌性生殖途径中也无染色体交换证据。这是首次在一个有性繁殖物种的雌雄双方同时记录到完全缺乏交叉互换的现象。 该物种能克服这一难题，与它异常的基因组结构有关。它是已知染色体数目最少的花卉植物，单倍体仅含两条染色体。其染色体为全着丝粒型，着丝粒活性分布于整条染色体长度上，而非局限于单一区域。此外，该植物进行“反向减数分裂”—— 先分离姐妹染色单体，再在第二次分裂中分离同源染色体，与经典顺序完全相反。 研究还发现遗传具有强烈的偏向性。部分染色体因转座元件（即可在基因组中自我复制并移动的“跳跃基因”）的积累而变大，这些较大的染色体在花粉和卵细胞中均被优先传递。同时，染色体末端片段的交换造成了结构差异，限制了哪些组合能够成功进入下一代。 据科研人员描述，这种不对称的减数分裂驱动机制系统性地偏向传递较大、重复序列丰富的染色体。进一步分析显示，受精后存在强烈的选择：约 87% 的种子败育，只有那些重新形成亲本杂合染色体组合 —— 即保留两套不同基因组版本 —— 的后代才能存活。 “除了进化层面的问题，控制重组一直是植物育种的一个长期目标：将一个表现优异的杂种基因型固定下来，使其通过种子原封不动地传递下去，这正是 R. tenuis 自然做到的，理解其机制可能为未来的育种策略提供启示。”马奎斯表示。 这一发现拓展了人们对植物繁殖灵活性的认知，也重新划定了教科书中有性繁殖与克隆繁殖之间的边界。研究团队提出，重组缺失、低染色体数目、反向减数分裂以及对相容配子组合的选择，共同使得该植物能够在有性繁殖的前提下实现忠实的染色体分离和类似克隆的遗传。