Rahasia berusia 40 juta tahun Walnut Trees: Bagaimana mereka beralih jenis kelamin setiap musim
Ahli biologi di UC Davis telah menemukan mekanisme genetik yang menarik di pohon kenari, memungkinkan mereka untuk bergantian antara bunga jantan dan betina setiap musim – sifat kandang selama 40 juta tahun.
Penemuan ini tidak hanya menjelaskan reproduksi tanaman tetapi juga sejajar dengan mekanisme dalam penentuan seks manusia.
Ahli biologi di University of California, Davis, telah mengungkap dasar genetik di balik jenis kelamin bergantian pohon kenari. Penelitian mereka, diterbitkan pada 3 Januari di Sainsmengidentifikasi mekanisme yang tetap stabil dalam kenari dan leluhur mereka selama 40 juta tahun yang menakjubkan. Menariknya, mekanisme ini memiliki beberapa kesamaan dengan sistem penentuan jenis kelamin yang ditemukan pada manusia dan hewan lainnya.
Tanaman berbunga menggunakan berbagai strategi untuk menghindari penyerbukan sendiri. Beberapa memiliki struktur fisik yang membuat penyerbukan diri menjadi sulit, sementara yang lain menghasilkan tanaman “jantan” dan “betina” yang berbeda. Yakin jenisseperti pohon kenari, hickory, dan pecan, mengambil pendekatan yang lebih dinamis dengan bergantian bunga jantan dan betina dalam musim yang sama. Hebatnya, setiap pohon kenari secara konsisten mengikuti salah satu dari dua pola: itu memulai musim dengan bunga jantan (“pria-pertama”) atau dengan bunga betina (“first wanita”). Fenomena ini pertama kali dicatat oleh Charles Darwin pada tahun 1877. Pada 1980 -an, Scott Gleeson, seorang mahasiswa pascasarjana di UC Davis, menemukan bahwa pola berbunga ini dikendalikan oleh lokus genetik tunggal.
Penemuan mekanisme genetik yang sudah lama ada
“Kenari dan pecan memiliki dimorfisme temporal di mana mereka bergantian berbunga pria dan wanita sepanjang musim,” kata Jeff Groh, mahasiswa pascasarjana dalam biologi populasi di UC Davis dan penulis pertama di atas kertas. “Sudah diketahui sejak tahun 1800 -an tetapi belum dipahami pada tingkat molekuler sebelumnya.”
Ini terjadi pada kenari domestikasi dan kerabat liar, seperti kenari hitam California Utara. Pada spesies liar, rasio pohon-pohon pertama dengan pria pertama hampir 1: 1.
Groh dan penasihat doktoralnya, Profesor Graham Coop dari Departemen Evolusi dan Ekologi, memanfaatkan data dari program pemuliaan kenari UC Davis dan juga melacak berbunga di pohon -pohon kenari hitam California Utara yang tumbuh di sekitar kampus UC Davis. Menugaskan mereka ke kelompok pertama atau wanita pertama, para peneliti mengurutkan genom mereka dan mengidentifikasi sekuens yang terkait dengan sifat tersebut.
Wawasan Evolusi: Stabilitas Mekanisme
Di Walnuts, mereka menemukan dua varian gen yang terkait dengan berbunga pertama wanita atau pria. Ini DNA Polimorfisme muncul setidaknya sembilan spesies kenari dan telah stabil selama hampir 40 juta tahun.
“Cukup atipikal untuk mempertahankan variasi dalam waktu yang lama,” kata Groh. Dalam hal ini, dua jenis berbunga saling menyeimbangkan. Jika satu jenis berbunga menjadi lebih umum pada populasi daripada yang lain, tipe yang kurang umum mendapatkan keuntungan kawin, sehingga menjadi lebih umum. Ini mendorong sistem ke keseimbangan 50:50 dan mempertahankan variasi genetik.
Pecans, Groh ditemukan, juga memiliki polimorfisme genetik yang seimbang yang menentukan urutan berbunga, tetapi di bagian genom yang berbeda dengan kenari. Polimorfisme pecan tampaknya lebih tua dari pada kenari, lebih dari 50 juta tahun.
Bagaimana kenari dan pecan, yang terkait, sampai pada mekanisme berbunga yang sama melalui gen yang sangat berbeda?
Bisa jadi leluhur kenari dan pecan berkumpul pada solusi yang sama saat mereka berevolusi. Tetapi mungkin juga bahwa sistem berbunga yang dipisahkan waktu ini muncul bahkan lebih lama dalam keluarga ini, sekitar 70 juta tahun yang lalu, tetapi seiring waktu mekanisme genetik yang tepat untuk mencapainya telah berubah.
Persamaan dengan penentuan seks hewan
Menariknya, ini mirip dengan cara kerja kromosom seks hewan, dengan dua varian struktural (kromosom X dan Y pada manusia dan mamalia lainnya) tetap seimbang.
“Ada paralel yang jelas dengan mode penentuan jenis kelamin yang umum,” kata Groh.
Referensi: “Varian Struktural Kuno Mengontrol Waktu Berbunga Spesifik Seks Morfs dalam Kenari dan Hickories” oleh Jeffrey S. Groh, Diane C. Vik, Matthew Davis, J. Gray Monroe, Kristian A. Stevens, Patrick J. Brown, Charles H. Langley dan Graham Coop, 3 Januari 2025, Sains.
Doi: 10.1126/science.ado5578
Penulis tambahan di atas kertas adalah: Diane Vik, Matthew Davis, J. Gray Monroe, Kristian Stevens, Patrick Brown dan Charles Langley, semuanya di UC Davis. Pendanaan disediakan oleh hibah dari Departemen Pertanian AS, Institut Kesehatan NasionalNational Science Foundation, Davis Botanical Society dan American Society of Plant Taxonomists. Pekerjaan ini memanfaatkan pohon dari UC Davis Putah Creek Riparian Reserve; Gene Cripe of Turlock, California; USDA Wolfskill Experimental Orchard; Sonoma Botanical Garden dan UC Botanical Garden di Berkeley.
