图片来源：Jill S. Miller 惠允 |
在植物中，同时拥有雄性和雌性性器官（花）是常态。然而，少数物种会区分性别。因此，它们的生殖成功率仅为雌雄同体物种的一半。生物学家一直对雌雄异株植物如何进化感到困惑。根据今天发表在《科学》杂志上的一项研究，多倍体——拥有超过正常两组染色体的状态——可能起着关键作用。
亚利桑那大学博士候选人吉尔·S·米勒 (Jill S. Miller) 在研究枸杞属（Lycium）（右图）的进化史时，首次观察到多倍体与雌雄异株植物之间的关联。所有三种北美洲枸杞属植物都区分性别；所有三种都是多倍体；并且所有三种在基因上都是自交亲和的——这意味着理论上雄花可以为同一株植物上的雌花授粉。传统观点认为，雌雄异株物种应该出现在没有其他手段避免近亲繁殖的自花授粉谱系中。然而，这三种枸杞属植物最亲近的近亲是雌雄同体的，并且无法与自身交配。
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事实证明，染色体组的倍增，即多倍体事件，可能导致先前自交不亲和的植物突然变得自交亲和。自交不亲和植物具有阻止自花授粉的基因，但它们没有自交亲和植物所拥有的避免近亲繁殖的机制。因此，如果一种自交不亲和植物突然变得自交亲和，随后的近亲繁殖很可能导致灾难性的遗传效应。在这种情况下，自然会偏爱产生单性花的突变植物，因为它在最基本的层面上将无法自花授粉。因此，单性突变可能会在种群中迅速传播。
因此，米勒和她的导师拉里·维纳布尔 (Larry Venable) 提出，在自交不亲和的枸杞属祖先中发生了一次多倍体事件，由此产生的自交亲和性导致了在三种北美洲物种中看到的性别分离。同样的事件似乎也独立地发生在非洲南部的枸杞属谱系中。事实上，米勒和维纳布尔有证据表明这种情况至少在其他植物中发生了 20 次。未来可能会出现更多案例。“人们长期以来一直在研究植物性别分离的进化，并描述了许多不同的途径，但没有人明确地建立联系并尝试寻找这条特定的途径，”米勒观察到。“另一件事是，它看起来可能相对常见；如果它相对常见，那么令人惊讶的是，至今还没有人描述过它。”