在性染色体进化中发现的更好的芦笋的关键

佐治亚大学的植物生物学家与一个由育种者和基因组科学家组成的国际团队合作，对花园芦笋的基因组进行了测序，作为性染色体进化的模型。这项工作揭示了关于性染色体起源和早期进化的长期问题，同时也是芦笋育种工作的基础。

他们的研究是关于性染色体如何在同一物种内分化的早期模型的第一次证实，今天发表在Nature Communications上。

虽然大多数开花植物是雌雄同体，但是花园芦笋植物通常是雄性(XY)或雌性(XX)，尽管YY“超级雌性”可以在温室中产生。种植者喜欢全雄性植物，因为它们寿命更长，不会自我种子。育种者通过将XX雌性与YY超级雌性杂交来产生全雄性XY种子。到目前为止，没有理解芦笋X和Y染色体之间的差异，并且育种者无法在没有耗时的测试杂交的情况下区分XY雄性和YY雌性。

“在我们合作的早期，我们能够做的事情之一是确定遗传标记，让育种者有效地区分XY雄性和YY雄性，然后使用那些YY雄性产生全雄性种子，”Jim Leebens说道。 Mack，植物生物学教授和该研究的资深作者。

通过鉴定决定性别的基因来了解允许XY和YY雄性的植物的遗传变异，这为更有效地开发和生产有价值的杂交芦笋植物铺平了道路。

“除了更快速识别性别基因型之外，我们的合作者现在能够操纵芦笋Y染色体将雄性转化为雌性或雌雄同体。在不久的将来，育种者将能够跨越他们想要的任何行，而不必看在具有一组特征的女性的特定行中，以及在具有互补性状的男性的另一行中，“Leebens-Mack说。

关于植物性系统的多样性的问题可以追溯到查尔斯达尔文，而20世纪初丹麦遗传学家Mogens Westergaard创造了一个关于性染色体起源的双基因模型。但是这个理论不可能通过对人类和哺乳动物性染色体的分析进行测试，其中X和Y染色体的分歧发生在数千万之前。

然而，像芦笋这样的开花植物最近出现了不同性别和性染色体，为测试Westergaard的双基因模型提供了理想的机会，同时也有助于作物育种计划。

研究人员发现，正如Westergaard和其他人预测的那样，男性功能所必需的基因与Y染色体上一小部分雌性器官发育阻滞基因的连锁是芦笋性染色体进化的起点。

“在过去的一百年里，进化生物学家假设了一些常规染色体可以演变成决定性别的X和Y对的几种方式，”Alex Harkess说，他是Leebens-Mack实验室的前博士生，也是研究。“我们的工作证实了其中一个假设，表明性染色体对可以通过两个基因的突变进化 - 一个影响花粉(雄性)发育，一个影响雌蕊(雌性)发育。”

“饲养者一直梦想在花园芦笋中操纵性别决定几十年，”共同作者荷兰Limgroup育种公司的Ron van der Hulst说。“鉴定芦笋中的性别决定基因现在将允许我们生产具有雄性，雌性和双性花的植物，并大大加快近交系的发育，从而产生优良的杂交种子。”

共同作者和意大利芦笋饲养员Agostino Falavigna也指出，花园芦笋的参考基因组将使他和其他育种者能够更有效地利用野生近缘种作为可提高抗病性，矛质量，风味，香气和抗氧化剂含量的基因来源。