Avokado skifter kjønn hver dag: blomstens reproduksjonsmekanisme beskrevet

Ved første øyekast blomstene avavokado de ser ganske vanlige ut: små, gulaktige og upåfallende; likevel skjuler de en virkelig overraskende reproduktiv strategi. Faktisk, i løpet av samme dag, hver blomst går fra en hunnfase til en hannfase mens andre på samme tid først er maskuline og deretter feminine. I flere tiår har botanikere observert denne oppførselen uten å helt forstå den, men i dag, takket være en ny studie publisert i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciencesforskere har endelig identifisert molekylær mekanisme som styrer dette daglig «kjønnsbytte».som utviklet seg for nesten 42 millioner år siden. Svaret ser ut til å være skjult i kontinuerlig dialog mellom hundrevis av gener og miljøet.

Reproduksjonen av avokado og Stouts studier

Avokadoblomster er hermafroditterbetyr dette at de samtidig besitter både kvinnelige (pistil) og mannlige (støvbærere) organer. For å redusere risikoen for selvbefruktning er imidlertid ikke disse organene fruktbare samtidig. Dette fenomenet er kjent som synkronisert dichogamien strategi som skiller seg over tid den kvinnelige fasen fra den mannlige fasen. Men vær forsiktig, det er viktig å spesifisere at blomsten det endrer ikke kjønn i anatomisk forstand av begrepet: Endrer hvilken del av det reproduktive systemet som er funksjonelt aktivt.

Hvordan gjør han det? Oppsummert fungerer mekanismen slik: under første åpningfungerer blomsten utelukkende som hunn. Her er stigmaet mottakelig og kan godta pollen som insekter bærer, mens støvbærerne forblir inaktive. Etter noen timer lukker blomsten seg og venter på andre åpningsom vanligvis skjer dagen etter: nå vil blomsten ha gått videre til fasen mann der støvbærerne frigjør pollen, hvorved stigmaet ikke lenger er mottakelig. Når denne andre fasen er over, visner blomsten.

Denne oppførselen ble systematisk beskrevet allerede i 1927 av den amerikanske botanikeren Albert Blakeslee Stout fra New York Botanical Garden som gjennom år med feltobservasjoner dokumenterte hvordan hver blomst åpner seg to ganger i løpet av omtrent to dager, vekslende. Stout forsto at denne spesielle tidsmessige organisasjonen favoriserte krysspollinering mellom ulike individer – og økte det vi i dag vil kalle genetisk variasjon av arten – men grunnlaget for moderne genetikk manglet. Først i dag, takket være innovasjoner på det genetiske feltet, står vi overfor en forklaring på dette fenomenet.

Synkronisert hermafroditisme: Type A og Type B varianter

Hvordan fungerer planten a synkronisere med en slik presisjon oppførselen til tusenvis av blomster på samme tre? For å orkestrere mangfoldet av faktorer som spiller, har avokado utviklet seg ved å dele seg i to store grupper, kalt type A Og type B.

I kultivarene til type A blomstene åpner seg om morgenen i hunnfasen og åpner igjen om ettermiddagen neste dag i hannfasen.
I kultivarene til type Bmen det motsatte skjer: den første hunnåpningen skjer om ettermiddagen, mens den andre hannåpningen skjer neste morgen.

Dette veksling sørger for at hunnblomstene i den ene gruppen under ideelle miljøforhold faller tidsmessig sammen med de mannlige i den andre. Følgelig kan pollen overføres mer effektivt av insekter, spesielt bier, noe som øker sjansene for befruktning; av denne grunn dyrker mange frukthager varianter som tilhører de to gruppene sammen. Selv om et enkelt tre kan produsere frukt på egen hånd, forbedrer den samtidige tilstedeværelsen av kultivarer A og B generelt produksjonen, fordi det favoriserer krysspollinering og reduserer selvbestøvning, noe som øker genetisk variasjon.
Systemet er imidlertid ikke så rigid. Temperatur, fuktighet, lysintensitet og værforhold kan endre blomsteråpningstidene. På kalde eller overskyede dager, for eksempel, kan tempoet reduseres eller miste noe synkronisering.

Hvis vi ønsket å se den med andre øyne, kunne vi forestille oss blomsten som et teater der skuespillerne (pistil og støvbærere) allerede er tilstede på scenen siden blomsten dannes og blomstrer. Hovedpersonene våre beveger seg ikke, forlater ikke eller dukker opp når det er nødvendig, de venter heller på tur under rampelyset etter en pulserende rytme. Så om morgenen noen gener er «slått på» og andre «slått av»gjør pistillen eller støvbærerne aktive uten faktisk å endre reproduksjonssystemets anatomi. Men hvem styrer denne endringen?

Hva den nye studien publisert i PNAS oppdaget

Intuisjonen var der, men det tok oss nesten hundre år å løse denne gåten: hvilken biologisk mekanisme styrer den kontinuerlige vekslingen mellom kvinnelig og mannlig funksjon? For å svare på dette spørsmålet har en internasjonal gruppe forskere ledet av Jeffrey Grohen doktorgradsstudent ved UC Davis og en stipendiat ved UC Berkeley, analyserte aktiviteten til tusenvis av gener under de forskjellige stadiene av blomsteråpning, og demonstrerte en samarbeid mellom flere faktorer. Spesielt den målrettede handlingen til et allerede kjent gen, kalt SDMYBbidrar til å definere åpnings- og lukketider for blomsten.

Resultatene av studien fremhevet dype variasjoner i uttrykket av gener involvert i persepsjon av lys, døgnrytmer, produksjon av fytohormoner (regulatoriske plantemetabolitter inkludert auxiner, giberelliner og cytokininer) og i utvikling av blomsterorganer. Spesielt observerte forskerne at den såkalte døgnklokkedet biologiske systemet som lar planter synkronisere med vekslingen mellom dag og natt, koordinerer aktiveringen av de genetiske nettverkene som er ansvarlige for de to reproduktive fasene. Etter rytmene til solen og miljøet, ser det ut til at blomster følger distinkte molekylære programmer som først gjør stigmaet mottakelig og deretter støvbærerne modnes. Det er derfor ikke en enkel strukturell endring, men en presis regulering av genaktivitet styrt av tid. Dette kan også forklare hvordan de forskjellige tidspunktene observert i type A- og B-kultivarer oppstår fra forskjellige måter å regulere de samme molekylære kretsene på, snarere enn fra helt forskjellige gener.

Hvorfor utviklet dette systemet seg?

Det er ikke noe entydig svar, men hypotesene får oss til å tenke på et kompromiss mellom to grunnleggende behov.
På den ene siden kan du holde begge organene i samme blomst spare ressurser sammenlignet med å produsere helt separate blomster. På den annen side reduseres sannsynligheten for selvbefruktning ved å forhindre at stigmaet og støvbærerne er fruktbare samtidig, begrenser fenomenene med innavlsdepresjon (mellom nære slektninger, blodslektninger eller samme hermafrodittindivid) og favoriserer genetisk blanding. Øk sannsynligheten for at pollen overføres mellom genetisk forskjellige individer forbedrer motstandskraften av populasjoner mot sykdommer, parasitter og miljøendringer.

Opprinnelse og utvikling av egenskapen i Lauraceae

Avokadoen tilhører Lauraceae-familien, en gruppe som inkluderer rundt 3000 arter fordelt hovedsakelig i tropiske og subtropiske områder, inkludert kanel (Cinnamomum verum), Den kamfer (Cinnamomum camphora) el‘laurbær (Laurus nobilis). Men ikke alle disse artene har de samme reproduksjonsmekanismene. I tillegg til «tradisjonell» hermafroditisme, er det andre former for dichogami, dioecia og andre strategier som skiller mannlige og kvinnelige funksjoner i tid eller rom, noe som tyder på at de involverte reguleringsmekanismene har utviklet seg flere ganger i løpet av gruppens evolusjonshistorie.

Når det gjelder avokado, antar forskere atevolusjonen kan ha «gjenbrukt» genetiske nettverk som allerede er til stede uten å måtte lage stier fra bunnen av. I tillegg til å antyde dette, tilbyr disse resultatene nye verktøy for å forstå utviklingen av blomstrende planter og kan i fremtiden bidra til å forbedre forvaltningen av avokado-avlinger i en endre klimakontekst så langt øyet kan se, så vel som matbehov. Tatt i betraktning at det tidligere var nødvendig å vente opptil 10-15 år på den første blomstringen, i dag kan bestemmelsen av typen (A eller B) ved hjelp av genetiske markører virkelig være en revolusjon for dyrkere, planteskolemenn, botanikere og forskere over hele verden.