岡山大學學術研究院環境生命科學領域的研究教授赤木剛士等人組成的研究團隊宣佈，與產業技術綜合研究所、愛丁堡大學和加利福尼亞大學共同闡明瞭決定植物雌雄比例的機制。研究人員利用君遷子（野生柿種）詳細分析了性染色體上的基因表現，發現X染色體上的基因「HaMSter（Half Male Sterile）」被甲基化後會導致一半的X染色體失活，誕生的雄性個體有一半會在種階段死亡。這一發現有望開發出能自由控制農作物雌雄的技術。相關成果已在一般社團法人「日本育種學會」3月20～21日線上舉行的第141屆演講會上發表。

圖1：栽種柿子出現雙性花的返祖現象
本來只出現一種性別（雄性/雌性），但在少數情況下會出現雄花變成雙性花的返祖現象，顯示出性別的波動現象。（供圖：岡山大學）

目前已發現很多動物的雌雄比都不是1比1，而是存在一定差額。特別是100年前就開始的用果蠅的研究，發現在精子形成程序中性染色體的分配很重要。而另一方面，很多植物都開雙性花，因此沒有性別概念，關於植物性別決定因素的研究一直沒有進展。

此次研究團隊爲闡明植物的性別決定機制，一直在進行植物性別的研究。2014年該研究團隊利用有雄株和雌株的君遷子明確了X染色體、Y染色體和性別決定基因（OGI），同時還發現，由於在種階段有一半的雄性種會發育不良並死亡，所以雄性與雌性的比例爲1比2。

此次，研究團隊透過在君遷子種中約一半的雄性個體會出現胚乳發育異常的階段進行轉錄成分析，發現了所有Y染色體的同源染色體基因及一半母源X染色體基因中失活的候選基因（HaMSter）。該基因與OGI基因相鄰。

爲驗證該候選基因的功能，研究團隊對擬南芥的這種基因進行基因編輯使其發生突變，應答種全部死亡，而抑制一半的HaMSter基因表現後，一半種死亡。

圖2：從柿子的基因演化可以看出「植物波動性別」的產生程序
柿屬植物的野生種透過其祖先雙性花形成MeGI基因和OGI基因，演化出雄性和雌性個體（性別）（赤木等人先後在2014 Science、2016 Plant Cell、2020 PLOS Genetics中做過闡述）。另一方面，六倍體的栽培柿子會發生從雄花變成雙性花的返祖現象，這個演化程序與新基因（DkRAD）有關。（供圖：岡山大學）

此外，研究團隊向該基因發生突變的擬南芥中導入源自君遷子的HaMSter基因應答，種沒有死亡，正常形成了種。這些結果表明，HaMSter基因決定着種的生死。

進一步進行甲基化分析發現，死亡的種中HaMSter基因發生了甲基化。在正常種中，甲基化水平被控制得很低，而在死亡種中，甲基化水平升高，由此抑制了HaMSter基因的表達。

對一半的母源X染色體進行甲基化修飾後，繼承母體X染色體和父體Y染色體的雄性個體有一半因爲在種階段發育不良而死亡。相反，雌性個體即使母源X染色體失活，也能正常形成種而不死亡，是因爲來自父源X染色體是正常的。

在君遷子中發現的一半母源X染色體停止工作的現象被認爲與動物的「基因劑量補償」效應相同。另外，這種性別比決定機制也可能存在於其他有雄株和雌株的植物中。

調節植物雌雄平衡的需求很高，例如存在雌雄的無花果和獼猴桃等希望大量形成能結果的雌株。透過研究，有望自由控制性別平衡。

赤木研究教授表示：「此次研究發現，植物的性別並不像動物那樣被嚴格界定，在演化程序中存在波動，比如雙性花演化成雄花或雌花。今後將透過研究明確爲何會產生這種波動，以及爲何需要波動。」

【論文資訊】
雜誌：Nature Plants
論文：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：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部