有趣的生物学|葫芦科黄瓜属内的种间杂交

学术   2024-09-14 20:42   吉林  

前人基于大量事实总结出来:不同物种之间存在生殖隔离——包括地理上的隔离、时间上的隔离和生理上的隔离,然而大自然总是弄人,这看似坚实的结论并非一条铁律。自由如芸香科柑橘属,由香橼、宽皮柑橘和柚子不断杂交回交创造无数新物种,动物则有鸟类的鸭科带头,杂交个体层出不穷。除了以上鼎鼎有名的几个科属,我们今天讨论的主角葫芦科植物,看似种与种边界分明,也有十分奇妙的种间杂交案例。

西印度瓜,又称西印度黄瓜(Cucumis anguria),和我们平时常见的栽培种黄瓜(Cucumis sativus)、甜瓜(Cucumis melo)同属于黄瓜属(Cucumis)。西印度瓜的果实小而表面多刺,具有对枯萎病、病毒病、南方根结线虫病的抗性,将其抗性基因引入甜瓜栽培品种将有助于新的抗病品种诞生。

(常见的栽培种黄瓜)

(西印度黄瓜)

此前,在黄瓜属内野生种之间的杂交较易成功,产生了一系列的栽培种,而栽培种和野生种的种间杂交却缺少研究,仅有栽培种黄瓜(Cucumis sativus)和野生种酸黄瓜(C. hystrix)的杂交得到成功结果。于是,研究人员尝试将野生种西印度瓜和一系列甜瓜栽培品种,如海蜜系列、新红瑞等,进行正反交。

结果大部分的甜瓜与西印度瓜正反交后产生的果实都没有产生有效的种子,唯独“新红瑞”这个薄皮甜瓜品种作为父本时,获得果实且果实中含有半饱满状态的种胚。这是个惊人的发现,研究人员们立刻用幼胚拯救技术处理得到的四颗种子,并成功保留下四株一代杂种株。这批植株在形态和分子层面都证明其为新红瑞和西印度瓜的真实杂种子代,即使和新红瑞亲代回交后仍有少量西印度瓜特征,同时研究人员发现,杂种子代很有可能发生了某些基因重组致使其产生了新的遗传组合,虽然具体机制仍不明朗,但为甜瓜杂交育种找到了一个新的可能性。

栽培种与远缘野生种的种间杂交亦有成功案例——薄皮甜瓜“超甜小麦酥”(C.me-lo ssp.agrestis)和远缘野生种非洲角(C.africanus)可以产生双单倍体植株,并能通过种子繁殖保存。研究团队在前人以笋瓜为母本,南瓜为父本杂交得到单倍体的方法基础上进行改进,利用胚拯救技术成功培育了再生植株DH70-1,其植株及自交子代的果实的可溶性固形物含量相对于超甜小麦酥具有显著性提升,口感更甜。

孩子们时常会想象,如果能有一种瓜果,融合了西瓜、哈密瓜和香瓜的味道该多好,种间杂交正是在逐步填平这天马行空的想象与现实的沟壑。尽管目前仍有许多复杂的机制阻碍着远缘杂交的成功,例如远缘授粉产籽不稳定、种子不能正常发芽或植株因某些物质合成障碍而不能正常成长等,但相信在未来,与葫芦科的瓜们打交道的育种学家们会逐个击破难题,把孩童幻想变成吃得进嘴的美味。

参考文献:

[1]郑莉娜,毕研胜,孙亚亭,王克征,钱春桃,李季,程春燕,娄群峰.野生种西印度瓜与甜瓜种间杂种的创制[J].南京农业大学学报,2023,第46卷(3): 464-472

[2]Deakin JR, Bohn GW, Whitaker TW. Interspecific Hybridization in Cucumis. Economic botany. 1971;25(2):195-211.

[3]Chen, J.F. (Southwest Agricultural Univ., Chongqing (China). Dept. of Horticulture), Staub JE, Tashiro Y, Isshiki S, Miyazaki S. Successful interspecific hybridization between Cucumis sativus L. and C. hystrix Chakr. Euphytica. 1997;96(3):413-9.

[4]黄耀1,刘麒1,姚协丰2,王康3,包卫红4,钱春桃1.甜瓜与非洲角(Cucumis africanus)远缘杂交诱导甜瓜双单倍体[J].果树学报,2022,第39卷(10): 1824-1833

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文案丨黄瀚谊

图片 | 昵图网

编辑丨陈妍雨

审核丨佟金雪

专业指导老师丨王冠

指导老师 | 丁子芮

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