Hombres y mujeres vegetales: qué determina el sexo de una planta
El género es el producto de una evolución biológica a largo plazo y un importante símbolo evolutivo de los organismos superiores. En las plantas superiores, el cuerpo vegetativo de la planta rara vez muestra características masculinas y femeninas obvias, pero tiene órganos reproductores femeninos o masculinos especializados. La misma flor de una planta hermafrodita tiene pistilos y estambres, por lo que es difícil determinar su género. Por lo tanto, el género de las plantas superiores es principalmente de plantas monoicas (también conocidas como plantas monoicas). Los procesos reproductivos femeninos y masculinos de estas plantas se completan en diferentes partes de la planta o en diferentes individuos de la planta, y las estructuras de los órganos reproductivos femeninos y masculinos muestran diferencias obvias. Los estudios citogenéticos y de genética molecular han demostrado que la determinación del sexo en las plantas superiores no sólo se ve afectada por los genes que determinan el sexo, sino que también está relacionada con los cromosomas sexuales. El sexo de algunas plantas también está controlado por la proporción entre los cromosomas sexuales y el conjunto de autosomas que poseen las células receptoras.
1. Las plantas monoicas y su determinación del sexo
Las plantas monosexuales se refieren a plantas monosexuales que pueden producir flores femeninas unisexuales y flores monosexuales al mismo tiempo en el mismo cuerpo vegetal. Las flores, como Zeanays, tienen inflorescencias masculinas (borlas) en la parte superior de la planta e inflorescencias femeninas (borlas) en las axilas de las hojas. En este tipo de plantas, aunque los procesos reproductivos femeninos y masculinos se completan en partes diferentes, debido a que las flores masculinas y femeninas nacen en la misma planta al mismo tiempo, la diferencia de género sólo se limita a los órganos florales, y son todavía plantas monoicas. Las investigaciones sobre el mecanismo de determinación del sexo de este tipo de plantas muestran que aunque estas plantas son monoicas como las plantas con flores hermafroditas, los mecanismos de formación de sus órganos reproductivos son completamente diferentes: las flores masculinas y femeninas de las plantas monosexuales están controladas por genes diferentes. , llamados genes determinantes del sexo, y la cantidad de genes determinantes del sexo varía en diferentes plantas. El género de algunas plantas está controlado por un par de genes que determinan el sexo, como los melones de la familia Cucurbitaceae y las espinacas de la familia Trichoderma. Tres alelos en un solo locus genético determinan si una planta es femenina, masculina o hermafrodita. planta.
También existen algunas especies de plantas cuya determinación del sexo está relacionada con múltiples loci genéticos, como es el caso de algunas plantas de la familia de las Cucurbitáceas. El sexo del pepino está regulado por múltiples loci genéticos no vinculados.
En resumen, la determinación del sexo de las plantas monosexuales está regulada por genes determinantes del sexo específicos. El desarrollo de los órganos sexuales de las plantas está regulado por la expresión de genes determinantes del sexo a nivel del proceso de desarrollo. , y luego forman una estructura funcional de órgano sexual específica. Las diferencias en la presencia y el proceso de expresión de genes determinantes del sexo en diferentes plantas conducen al polimorfismo sexual en plantas monosexuales monosexuales.
2. Determinación del sexo de las plantas monoicas y dioicas
Las flores masculinas y femeninas de las plantas monoicas y dioicas nacen en diferentes plantas respectivamente según sus diferentes plantas con órganos florales. en femenino y masculino. Los resultados de la investigación citogenética muestran que la mayoría de las plantas dioicas tienen cromosomas sexuales. Diferentes combinaciones de cromosomas sexuales y la interacción entre los cromosomas sexuales y los autosomas determina el sexo de la planta.
⑴. Los cromosomas sexuales determinan el género
Los datos de investigación existentes muestran que en la mayoría de las plantas dioicas, los machos suelen ser heterogaméticos (XY) y las hembras son sexo isógamo (XX) significa determinación del sexo del tipo XY. . La mayoría de las plantas con este método de determinación del sexo tienen cromosomas sexuales morfológicamente desiguales. Por ejemplo, las plantas del género Silene L. tienen cromosomas sexuales de diferentes tamaños y formas. En Silene alba, la composición genética de las plantas diploides es 2n (24, X Y), y el heterogéneo sexo gamético (XY) es masculino, produciendo. flores masculinas unisexuales, y el sexo gamético (XX) es femenino, produciendo flores femeninas unisexuales.
⑵. La proporción cromosoma X/autosoma determina el género.
Aunque algunas plantas dioicas también tienen cromosomas sexuales, su género no está completamente determinado por los cromosomas sexuales. Durante el proceso de evolución, a. Se adoptó un sistema de determinación del sexo en el que la proporción del cromosoma X/grupo autosoma determina el sexo. El equilibrio genético entre el cromosoma X y el autosoma determina el sexo de la planta, similar a la determinación del sexo de Drosophila. Ejemplos típicos son especies de plantas de la familia Lycoris y Cannabaceae, como acedera, lenteja de agua, cáñamo, lúpulo, etc. Humulus lupulus es una planta dioica macho-hembra muy estricta, 2n=(20,XY). Pero a veces se forman flores masculinas estériles en plantas femeninas. Se ha descubierto que la razón está relacionada con la proporción entre el cromosoma X y los autosomas en las células vegetales. Cuando el valor del cromosoma X/grupo autosoma es 0,5 o inferior, el fenotipo de la planta individual es una planta masculina; cuando la proporción es 1,0 o superior, el fenotipo individual es una planta femenina;
También hay algunas plantas que son estrictamente dioicas debido a que los cromosomas de las células somáticas son más pequeños y más numerosos, es difícil distinguir los cromosomas sexuales, por lo que el mecanismo de género no se comprende bien.
El mecanismo de determinación del sexo es la base teórica para que los humanos controlen el sexo biológico y tiene un importante valor de aplicación en la producción agrícola y la vida de las personas. Por ejemplo, la selección y utilización de líneas masculinas estériles en los cultivos están estrechamente relacionadas con la formación del género de las plantas, para obtener semillas y frutos de ginkgo, se espera que se utilice una variedad de plantas femeninas, y cuando se utiliza ginkgo como tal; árboles de la calle, las plantas masculinas serán más hermosas para mejorar la fibra de lino. Para una mejor calidad, se necesitan más plantas de lino masculinas, etc. Por tanto, para satisfacer las necesidades de la producción y la vida humana, es muy necesario realizar una investigación en profundidad sobre el mecanismo de determinación del sexo a nivel molecular y buscar formas y métodos para controlar el sexo de las plantas.
El análisis desde otras perspectivas es el siguiente:
(1) Determinación cromosómica del sexo de las plantas
Desde el descubrimiento de los cromosomas sexuales de las plantas en 1923, 70 genes en Hasta ahora se conocen 25 familias. Muchas plantas contienen cromosomas sexuales. La gran mayoría de las plantas cuyo género está determinado por los cromosomas sexuales son dioicas y su género se determina cuando se unen los gametos masculinos y femeninos. La determinación del sexo en este tipo de plantas toma las siguientes formas.
1． Tipo XX-XY Las plantas que pertenecen a este tipo de determinación del sexo incluyen cannabis, lúpulo, espinacas, ginkgo, sauce verde, etc. En este tipo de determinación del sexo, las plantas femeninas son homogaméticas (XX) y las plantas masculinas son heterogaméticas (XY). La mayoría de las plantas que se han estudiado pertenecen al tipo XX-XY de determinación del sexo cromosómico.
2． Tipo XX-XO: En este tipo de determinación del sexo, las plantas femeninas son isogaméticas (XX) y faltan las plantas masculinas (XO). Zanthoxylum bungeanum pertenece a este tipo de determinación del sexo. Existen dos tipos de gametos en las plantas masculinas: n=34X y 34O, pero solo un tipo de gametos en las plantas femeninas: n=34X.
3. Tipo ZW-ZZ: ZZ, de tipo homogamético, es una planta masculina, y ZW, de tipo heterogamético, es una planta femenina. Las fresas con forma de piña entran en este tipo de determinación sexual.
4. Equilibrio X/Y El género está determinado por el equilibrio de los cromosomas sexuales X e Y, pero el efecto de Y es más fuerte. Como cortar Qiu Luo:
5. Equilibrio X/A El género está determinado por el equilibrio entre el cromosoma sexual X y el autosómico A. El cromosoma Y no afecta la expresión de género. Como la acedera:
6. Prueba de que los cromosomas sexuales determinan el género En 1948, Westergand demostró el papel del cromosoma Y en la determinación de la masculinidad. Después de la investigación, los cromosomas X e Y de Lychnis son significativamente diferentes en tamaño. El X es más pequeño que el Y, pero ambos son más grandes que los autosomas. El cromosoma Y tiene cuatro regiones: ♀región inhibidora, ♂región iniciadora, ♂región fértil y región homóloga al cromosoma X. Los estudios han demostrado que cuando falta la zona inhibidora, se producirán flores completas; cuando falta la zona iniciadora, la planta masculina original se convierte en una planta femenina; cuando falta la zona fértil, se formará una planta masculina estéril; La mayoría de los genes que determinan la feminidad se encuentran en el cromosoma X.
Kbhtko． K. B. Utilizando cannabis como material experimental, se verificó la homotipicidad y heterotipicidad de los gametos determinados por el sexo XX-XY.
Se utilizaron dos métodos para la verificación: uno es utilizar el método de autofecundación después de la conversión de género (es decir, bajo ciertas condiciones, las plantas masculinas o femeninas producen flores del sexo opuesto o flores hermafroditas, y luego se autocruzan); para utilizar plantas masculinas y femeninas para el autocruzamiento. Las plantas unisexuales se cruzaron por separado con plantas monoicas.
(2) Determinación genética del género de las plantas
Los rasgos de las plantas están controlados por genes y el género no es una excepción. Hay varios tipos de genes sexuales que controlan el género.
1． Determinación mediante un solo gen En 1943, Rick y Hanna propusieron y demostraron que el sexo del ciprés de Aspergillus está controlado por un solo gen. La combinación de genes masculinos es M__, la combinación de genes femeninos es mm y M es dominante sobre m.
2． Determinación de doble gen El control sexual en plantas como el maíz y las uvas entra en esta categoría. El alelo estable bsbs del maíz puede hacer que la planta tenga solo espigas y se convierta en una planta masculina; el alelo de mazorca tsts puede hacer que las espigas se conviertan en espigas femeninas y fuertes, convirtiéndose en una planta femenina. Una nueva especie de maíz dioico. El genotipo bsbsTs__ y el genotipo bsbststs (o Bs__tsts) juntos pueden formar una nueva población dioica de maíz. Una población mixta de genotipos bsbststs y bsbsTsts puede mantener una proporción estable de 1:1 de plantas masculinas y femeninas en la descendencia.
3. Múltiples alelos determinan el sexo de plantas como la fresa oriental y el melón, que están determinados por tres alelos
4. Determinación poligénica El sexo de los pepinos está controlado por múltiples genes. Por ejemplo, el genotipo acr acrG__ determina plantas monoicas, Acr-G__ determina plantas femeninas, acr acrgg determina plantas monoicas, Acr-gg determina plantas con flores completas, Acr-aa determina plantas masculinas y Tr determina plantas monoicas.
5. El género de la papaya está determinado por el equilibrio de genes como f, F y Fh. Estos genes están ubicados en el cromosoma homólogo m1M1M1 del cromosoma sexual Hofemegr, y el sitio Fh es una repetición de F y f (ver tabla). M1M1, M1M2 y M2M2 son combinaciones de genes letales.
(3) Herencia de plantas ligada al sexo
Hay muy pocas especies de plantas con características de herencia ligada al sexo. Solo se encuentran plantas del género Nymphora. Las plantas masculinas son XY. y las plantas femeninas son XX. Hay dos tipos de formas de hojas de Nvloucai: hojas anchas y hojas delgadas. Los alelos B y b que controlan la forma de las hojas se encuentran en las partes diferenciadas del cromosoma X, y el polen con Xb es letal.