人類和其他動(dòng)物的繁殖，和大多數(shù)植物的繁殖其實(shí)是同樣一件事。繁衍后代的過(guò)程被稱為有性生殖，需要雄性與雌性各自的角色特性才能順利進(jìn)行，但在更久以前的生物，以及現(xiàn)在還存在的許多較低端生物體，例如細(xì)菌及許多藻類蘚苔類，其繁殖不需要經(jīng)由兩種性別基因重組的過(guò)程就能進(jìn)行，也就是所謂的無(wú)性生殖。但是，在生物之中，為什么會(huì)有這兩種系統(tǒng)的差別，又是怎么發(fā)展出來(lái)的？

以色列特拉維夫大學(xué)以及德國(guó)佛萊堡大學(xué)共同合作的最新研究，為此提供了新的解釋。他們發(fā)現(xiàn)蘚苔類能夠觸發(fā)不需要異體受精、即能使子代發(fā)育的基因。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)找到了小立碗蘚（Physcomitrella patens）能夠自體繁殖的 BELL1 基因，當(dāng)這個(gè)基因被活化，小立碗蘚的胚胎不需要經(jīng)過(guò)受精，就能夠發(fā)育長(zhǎng)成功能健全的成熟小立碗蘚。

這項(xiàng)研究由身為特拉維夫大學(xué) Nir Ohad 教授以及佛萊堡大學(xué) Ralf Reski 教授合作完成，并發(fā)布于 Nature Plants 期刊。并且，Ohad 教授認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于推行農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，因?yàn)榭茖W(xué)家們現(xiàn)在有辦法透過(guò)無(wú)性繁殖的方式制造重要的作物種子，并讓農(nóng)民得以使用。

蘚苔類會(huì)產(chǎn)生卵子及能夠移動(dòng)的精子，在這項(xiàng)研究之中被做為基礎(chǔ)的植物模型，幫助科學(xué)家們了解自體繁殖的機(jī)制。經(jīng)過(guò)無(wú)性生殖的植物所產(chǎn)生的子代，會(huì)帶有同樣基因型，而這項(xiàng)研究成果在分子層面解釋了無(wú)性生殖（又叫單性生殖）是怎么發(fā)展出來(lái)的。

在繁殖過(guò)程中，一旦精子與卵子結(jié)合，一系列和繁殖相關(guān)的基因會(huì)被活化，使得胚胎得以發(fā)育，最終成長(zhǎng)為一個(gè)新的個(gè)體。而到目前為止，我們?nèi)圆恢涝谶@個(gè)過(guò)程中是否源自于某個(gè)重要基因轉(zhuǎn)換。

研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了蘚苔類的 BELL1 基因就是讓胚芽形成并發(fā)育的調(diào)控基因。身為繁殖發(fā)育相關(guān)的表觀遺傳調(diào)控專家的 Ohad 教授認(rèn)為，這個(gè)基因在演化的過(guò)程中被保存了下來(lái)，變化不大。20 年前，他在美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校 Robert Fischer 教授的研究團(tuán)隊(duì)中，就曾參與找到第一個(gè) BELL 基因的研究，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于高生產(chǎn)量農(nóng)作物的生產(chǎn)可能有著重要的意義。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們利用基因工程的作法活化蘚苔類的 BELL1 基因，發(fā)現(xiàn)在這樣的情況下，胚芽能夠自然發(fā)育。更令人驚訝的是，這些胚芽最終都能長(zhǎng)成功能完好的孢子體。而他們的孢子囊也能夠產(chǎn)生孢子，在之后發(fā)展成新的成熟蘚苔類個(gè)體。

這項(xiàng)研究指出，BELL1 基因所表達(dá)出的蛋白質(zhì)是屬于一種被稱為同源框（homeobox）的轉(zhuǎn)譯調(diào)控因子，能夠調(diào)控下游的基因的活化與否，而在人類及動(dòng)物的基因中都存在著這樣的同源框，能夠控制關(guān)鍵的發(fā)育程序。然而，與在人類基因中與 BELL1 基因相似的那個(gè)基因，是否在人類體內(nèi)也扮演著調(diào)控胚胎發(fā)育程序，仍無(wú)法確定。

Reski 教授表示：“我們研究成果的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是對(duì)于蘚苔類的了解。首先，這些成果解釋了藻類是如何離開(kāi)水到陸地上，發(fā)展成陸生植物，造就了現(xiàn)在我們熟悉的生態(tài)環(huán)境。再者，這項(xiàng)研究也使得‘植物、動(dòng)物和人類的發(fā)育是由基因所調(diào)控的’這項(xiàng)觀念再次受到重視。”

• Team discovers genetic trigger for asexual plant reproduction

（首圖來(lái)源：Flickr/J BrewCC BY 2.0）

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