加州大学戴维斯分校的生物学家发现了胡桃树交替性别能力的遗传基础。他们的研究成果于1月3日在《科学》杂志上发表，表明在胡桃树及其祖先中，这一机制在过去4000万年中一直存在，并与人类及其他动物的性别决定机制存在相似之处。
加州大学戴维斯分校的研究人员揭示了解释胡桃树交替性别的遗传学。他们的研究于1月3日在《科学》杂志上发布，显示出一种在胡桃树及其前辈中保持一致性的机制，已经持续了4000万年，与人类和各种其他动物的性别决定方式有一些相似之处。
开花植物利用各种方法来防止自我授粉。有些物种具有阻碍自我受精的花结构，而另一些物种则拥有不同的雄性和雌性植物。此外，某些物种的雄花和雌花开花时间不同。胡桃树以及山核桃和碧桃树，进一步发展了这一机制，在同一生长季节内产生一种性别的花，随后是另一种性别的花，但每棵树的顺序各不相同。值得注意的是，有些树始终以“雄性优先”或“雌性优先”的方式开花，这一现象是查尔斯·达尔文在1877年首次观察到的。在1980年代，加州大学戴维斯分校的研究生斯科特·格里森发现这一特征由一个单一的基因位点控制。
“胡桃和碧桃表现出一种时间二态性，在整个季节交替开雄花和雌花，”专攻种群生物学的加州大学戴维斯分校研究生兼该研究的主要作者杰夫·格罗赫解释说。“虽然自19世纪以来人们一直了解这一现象，但其分子基础直到现在才被揭示。”
这一现象在栽培的胡桃和其野生的同类中都有体现，例如北加州黑胡桃。在野生种群中，雄性优先和雌性优先的树木数量几乎相等。
格罗赫和他的导师、进化与生态学系的格雷厄姆·库普教授利用加州大学戴维斯分校的胡桃育种项目的数据，监测位于加州大学戴维斯分校校园周围的北加州黑胡桃的开花模式。在将树木分类为雄性优先或雌性优先后，研究人员对其基因组进行了测序，以确定与这一特征相关的序列。
不同基因，相同机制
他们发现两个基因变体与胡桃的雌性优先或雄性优先开花有关。这种遗传变异在九种胡桃物种中稳定存在了近4000万年。
格罗赫指出：“在如此长的时间内保持变异是相当不寻常的。”这两种开花类型在种群中往往达到平衡，因为如果一种类型变得更为普遍，较稀有的类型就会获得生殖优势，并开始增加数量。这种持续的变动使系统稳定在约50:50的比例，保护了遗传多样性。
格罗赫还发现，山核桃中也存在类似的平衡遗传多态性控制开花顺序，尽管与胡桃相比，属于不同的基因组区域。这种山核桃变异似乎更古老，追溯至超过5000万年前。
胡桃和山核桃这些近亲，如何通过不同的基因发展出相同的开花策略？
胡桃和山核桃的共同祖先可能独立演化出了相似的解决方案。或者，这种时间上分隔的开花模式可能更早起源于大约7000万年前，但涉及的具体遗传过程可能随着时间的推移而发生了变化。
有趣的是，这与动物性别染色体的运作相似，在动物中，两个结构变体（哺乳动物中的X和Y染色体）保持在平衡状态。
格罗赫表示：“这与一种性别决定的共同机制有明显的相似之处。”
该研究的其他贡献者包括戴安·维克、马修·戴维斯、J·格雷·门罗、克里斯蒂安·史蒂文斯、帕特里克·布朗和查尔斯·兰利，他们都与加州大学戴维斯分校相关联。这项研究得到了美国农业部、国立卫生研究院、国家科学基金会、戴维斯植物学会和美国植物分类学会的资助。此研究所用树木的来源包括加州大学戴维斯分校普塔溪湿地保护区、来自加利福尼亚图尔洛克的基因·克里佩、美国农业部沃尔夫斯基实验果园、索诺玛植物园和加州大学伯克利植物园。
