冈山大学学术研究院环境生命科学领域的研究教授赤木刚士等人组成的研究团队宣布，与产业技术综合研究所、爱丁堡大学和加利福尼亚大学共同阐明了决定植物雌雄比例的机理。研究人员利用君迁子（野生柿种）详细分析了性染色体上的基因表达，发现X染色体上的基因“HaMSter（Half Male Sterile）”被甲基化后会导致一半的X染色体失活，诞生的雄性个体有一半会在种子阶段死亡。这一发现有望开发出能自由控制农作物雌雄的技术。相关成果已在一般社团法人“日本育种学会”3月20～21日在线举行的第141届演讲会上发表。

图1：栽种柿子出现双性花的返祖现象
本来只出现一种性别（雄性/雌性），但在少数情况下会出现雄花变成双性花的返祖现象，显示出性别的波动现象。（供图：冈山大学）

目前已发现很多动物的雌雄比都不是1比1，而是存在一定差额。特别是100年前就开始的用果蝇的研究，发现在精子形成过程中性染色体的分配很重要。而另一方面，很多植物都开双性花，因此没有性别概念，关于植物性别决定因素的研究一直没有进展。

此次研究团队为阐明植物的性别决定机理，一直在进行植物性别的研究。2014年该研究团队利用有雄株和雌株的君迁子明确了X染色体、Y染色体和性别决定基因（OGI），同时还发现，由于在种子阶段有一半的雄性种子会发育不良并死亡，所以雄性与雌性的比例为1比2。

此次，研究团队通过在君迁子种子中约一半的雄性个体会出现胚乳发育异常的阶段进行转录组分析，发现了所有Y染色体的同源染色体基因及一半母源X染色体基因中失活的候选基因（HaMSter）。该基因与OGI基因相邻。

为验证该候选基因的功能，研究团队对拟南芥的这种基因进行基因编辑使其发生突变，确认种子全部死亡，而抑制一半的HaMSter基因表达后，一半种子死亡。

图2：从柿子的基因进化可以看出“植物波动性别”的产生过程
柿属植物的野生种通过其祖先双性花形成MeGI基因和OGI基因，进化出雄性和雌性个体（性别）（赤木等人先后在2014 Science、2016 Plant Cell、2020 PLOS Genetics中做过阐述）。另一方面，六倍体的栽培柿子会发生从雄花变成双性花的返祖现象，这个进化过程与新基因（DkRAD）有关。（供图：冈山大学）

此外，研究团队向该基因发生突变的拟南芥中导入源自君迁子的HaMSter基因确认，种子没有死亡，正常形成了种子。这些结果表明，HaMSter基因决定着种子的生死。

进一步进行甲基化分析发现，死亡的种子中HaMSter基因发生了甲基化。在正常种子中，甲基化水平被控制得很低，而在死亡种子中，甲基化水平升高，由此抑制了HaMSter基因的表达。

对一半的母源X染色体进行甲基化修饰后，继承母体X染色体和父体Y染色体的雄性个体有一半因为在种子阶段发育不良而死亡。相反，雌性个体即使母源X染色体失活，也能正常形成种子而不死亡，是因为来自父源X染色体是正常的。

在君迁子中发现的一半母源X染色体停止工作的现象被认为与动物的“基因剂量补偿”效应相同。另外，这种性别比决定机理也可能存在于其他有雄株和雌株的植物中。

调节植物雌雄平衡的需求很高，例如存在雌雄的无花果和猕猴桃等希望大量形成能结果的雌株。通过研究，有望自由控制性别平衡。

赤木研究教授表示：“此次研究发现，植物的性别并不像动物那样被严格界定，在进化过程中存在波动，比如双性花进化成雄花或雌花。今后将通过研究明确为何会产生这种波动，以及为何需要波动。”

【论文信息】
杂志：Nature Plants
论文：Reinvention of hermaphroditism via activation of a RADIALIS-like gene in hexaploid persimmon
D O I：10.1038/s41477-022-01107-z
U R L：nature.com/articles/s41477-022-01107-z

原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部