福建科研人员找到番木瓜性别分化背后的原因

寒露已过，全省气温下降明显。在泉州市森诚农业科技发展有限公司种植基地，10亩木瓜园却是一片绿油油，挂满了大大小小的果实。

在省农科院果树研究所科技人员熊月明、周平等人的帮助下，今年该基地采取稻草、遮阳网等覆盖地面，早晚喷水，降低土壤温度，确保产量不会因刚刚过去的高温天气而减少。

改变外界环境条件，避免高温减产，是栽培番木瓜的关键。因为高温干旱会导致番木瓜两性株出现趋雄现象，即雌蕊败育，导致不能正常结果。但随着研究人员在实验室里的最新发现，上述基地的番木瓜再遇高温天气，或可从番木瓜内部另辟蹊径，实现增产。

花性变化影响产量

根据农业农村部出台的《特色农产品区域布局规划（2013—2020年）》，粤桂南部、滇东南和闽南是番木瓜特色果品优势区域。海关数据显示，2021年，我省番木瓜出口量占全国的32.76%，出口金额占比高达33.67%。

周平说，要增产，就要了解番木瓜的花性与株性背后的关联。“找到原因，增加正常花比例，减少性别异常花发生，对于生产果实的作物至关重要。”

今年4月，省农科院果树研究所与福建农林大学、美国伊利诺伊大学香槟分校等单位联合在全球顶级园艺学杂志《园艺研究》上发表论文，系统阐述了基因组甲基化修饰及激素作用对番木瓜性别特征形成和性染色体演化的影响。

作为论文第一作者，周平说：“番木瓜花性变化会直接影响产量。我想要进入它们的微观世界中找出原因，未来有望‘治本’，提高产量。”

周平发现，番木瓜高温趋雄，是因为司空见惯的植物激素。“生长素的过多积累，会影响到雌蕊，令其趋雄。”

论文首次报道：“在番木瓜性染色体决定性别的基因区段存在着高水平的甲基化修饰。”“在基因区段中，基因本该开启或关闭的状态发生了改变，从而影响番木瓜中不同性别特征的出现。”

这两个发现，令周平喜出望外。

他与番木瓜的“结缘”要从2008年说起。彼时，刚到省农科院工作的周平主要研究果树生理生化，番木瓜高温趋雄，是他遇到的难题中最“挠人”的一个。

“民间常说，番木瓜分公母，也衍生了不少土方法让公树结果。我也试过，在公树上砍上几刀、用锄头把根弄伤、在番木瓜基部钉钉子等等。”但这些办法对他栽培的趋雄番木瓜树基本无效。

2014年，他选择“回炉再造”，到福建农林大学在职攻读博士研究生。“我的导师明瑞光兼任美国伊利诺伊大学香槟校区植物生物学系教授，常年钻研番木瓜趋雄背后的原因。”

同一年，在福建农林大学校区中华植物园试验地，周平播下了第一批番木瓜种子，雌雄异株，经过连续多代人工授粉杂交纯化而成。“这样，所得雄雌后代均源自同一亲本，为接下来的实验排除干扰。”

由此，周平正式踏入番木瓜的微观世界。

反其道而行之获突破

据介绍，近几年，随着番木瓜中性染色体的发现，学术界认为其性别由三条染色体控制，雌性为XX，雄性为XY，雌雄同花为XYh。

其中，两性株（XYh）应用于果树生产，是构成产量的主要结果株。“基因组研究证实，两性株番木瓜是在4000年前由原始的雄性（XY）番木瓜祖先演化而来，可能是人类发现、驯化、选择的结果。”周平说。

2015年11月，周平所在的明瑞光团队采集了番木瓜雄株、雌株、两性株上的雄花、雌花和正常、高温趋雄两性花，利用当时最先进的高通量测序手段，检测发现“高温趋雄两性花中的生长素作用很强”。

受此启发，一开始，周平选择给番木瓜补充生长激素。2016年的盛夏，他每天顶着烈日爬上3米高的梯子，在番木瓜顶端喷洒生长激素，一待就是2个小时。两个月后，他失望了。“试验了各种浓度的生长激素，都败育了。”

破罐子破摔，周平突发奇想，干脆反着来——第二年，他用生化抑制剂干扰阻断生长素运输！

“刚开始，花序上出现一些细长筒状的雄花，这是由于花中雄蕊减少造成的。此后，新抽生的花序上开始出现一些类似两性花的性转变雄花。雄花中败育雌蕊重新发育！”惊喜一个接一个。

周平分析，要保证雌蕊的正常发育，需要一个合适范围内的生长素激素作用，不能太多也不能太少。“这也解释了，为何一开始我的实验碰壁。”

2019年，当周平完成博士研究生后，仍然沉浸于番木瓜的微观世界中。

这一次，他通过全基因组甲基化测序，发现不同性别番木瓜花的甲基化水平，都会随季节性波动。“进入夏季后，雄树、雌树、两性树幼花的基因组甲基化修饰水平趋向一致。”他解释说，但在夏季，雌树不受影响，可正常开花结果。

“这意味着，造成不同性别番木瓜花甲基化差异的因子和番木瓜性别决定因子并不一致。”周平说，一直以来，学术界猜想“番木瓜花甲基化差异的因子也会影响到它们的性别”，但他的发现与这个猜想在某种程度上背道而驰。

到目前为止，只在40种左右的植物中鉴定出了性染色体的存在。在此次番木瓜“性别大战”中，周平通过多组学联合分析，更新了学界对番木瓜性别决定过程中遗传和表观遗传因素作用的认识，揭示了番木瓜性别分化和性染色体演化的复杂性。

“我只是迈出一小步，仍有如大海般广阔的未知领域，等待我们的探究。”周平说。（记者 林霞）