自體受精是一個問題，因?yàn)樗鼘?dǎo)致近親繁殖。防止自體受精的識別系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到確保植物僅與遺傳上不同的植物交配而不與其自身交配。自我不相容的識別系統(tǒng)在我們周圍都存在于自然界中，并且可以在至少100個植物家族和40%的物種中找到。然而，到目前為止，研究人員還不知道這些系統(tǒng)中令人驚訝的多樣性是如何演變的。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)的一個研究小組已經(jīng)采取措施，破譯新的交配類型如何在非自我識別的自交不親和系統(tǒng)中進(jìn)化，從而導(dǎo)致自然界中出現(xiàn)的令人難以置信的遺傳多樣性。結(jié)果發(fā)表在本月的遺傳學(xué)雜志上。

在金魚草和矮牽牛等植物中，當(dāng)花粉落在柱頭上時，它會發(fā)芽并開始生長。然而，恥辱感含有阻止花粉生長的毒素(SRNase)?；ǚ鄯催^來有一組基因(F-box基因)，除了由“自我”恥辱產(chǎn)生的毒素外，它們產(chǎn)生所有毒素的解毒劑。因此，當(dāng)花粉落在不屬于同一植物的柱頭上時，它就會受精，但當(dāng)它落在植物自身的恥辱上時就不會受精。它可能看起來像一個苛刻的系統(tǒng)，但植物可以使用這種毒素 - 解毒劑系統(tǒng)，以確保它們只與遺傳上不同的植物交配。這很重要，因?yàn)樽泽w受精導(dǎo)致近親繁殖，這對后代是有害的。

在非自我識別系統(tǒng)中，雄性(花粉)和雌性(恥辱)基因作為一個團(tuán)隊(duì)一起工作以確定識別，因此雄性和雌性基因的特定變異形成交配類型。非自我識別系統(tǒng)在我們周圍都存在，并且具有令人驚訝的交配類型多樣性，因此它們演化中的一個重要問題是：當(dāng)這樣做需要雙方突變時，如何進(jìn)化新的交配類型?例如，當(dāng)雌性一側(cè)(柱頭)發(fā)生變化時，它會產(chǎn)生一種新的毒素，其他花粉沒有解毒劑，因此不會發(fā)生交配。這是否意味著首先需要改變男性(花粉)，以便出現(xiàn)解毒劑，然后等待恥辱(女性方面)的相應(yīng)變化?但是，當(dāng)進(jìn)化是一個隨機(jī)過程時，這種共同進(jìn)化如何發(fā)揮作用呢?是否有特定的突變順序更有可能產(chǎn)生新的交配類型?

為了破譯這種復(fù)雜的非自我識別系統(tǒng)是如何演變的，奧地利IST的Nick Barton和實(shí)驗(yàn)植物生物學(xué)家的博士后研究員Melinda Pickup與理論家(以及Barton集團(tuán)的前博士后)合作，現(xiàn)任助理教授Katarina Bodova在布拉迪斯拉發(fā)的夸美紐斯大學(xué)，現(xiàn)在在洛桑大學(xué)進(jìn)行博士后的Tadeas Priklopil，以及現(xiàn)任維也納大學(xué)助理教授的David Field。該項(xiàng)目是一個例子，解決生物學(xué)問題需要來自不同研究領(lǐng)域的科學(xué)家的技能，在這種情況下是進(jìn)化遺傳學(xué)，博弈論和應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域。“該項(xiàng)目展示了具有不同背景的科學(xué)家之間的合作如何將生物學(xué)見解與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合，

通過理論分析和模擬，研究人員研究了新的交配類型如何在非自我識別系統(tǒng)中進(jìn)化。他們發(fā)現(xiàn)新類型可以通過不同的途徑進(jìn)化。在某些情況下，這發(fā)生在能夠自我受精的中間階段;但在其他情況下，它會通過保持自我不相容而發(fā)生。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自花受精(通過近親繁殖)的成本很高時，新的交配類型才會進(jìn)化。缺乏 - 即缺少產(chǎn)生女性毒素解毒劑的F-box基因 - 被發(fā)現(xiàn)對新的交配類型的進(jìn)化很重要：完整的交配類型(具有全套F-Box基因)保持最長時間時間，因?yàn)樗麄儞碛凶疃嗟慕慌浠锇?。?dāng)種群中交配類型較少時，新的交配類型更容易進(jìn)化。此外，人口中的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)會影響非自我識別系統(tǒng)的演變：人口規(guī)模和突變率都會影響該系統(tǒng)的演變。

因此，雖然似乎擁有一個完整的F-box花粉基因團(tuán)隊(duì)(因此解毒劑)是新交配類型進(jìn)化的最佳方式，但這個系統(tǒng)很復(fù)雜，可以通過許多不同的途徑改變。有趣的是，雖然研究人員發(fā)現(xiàn)新的交配類型可以進(jìn)化，但理論模擬中基因的多樣性與自然界中的基因相比更少。對于Melinda Pickup來說，這一觀察很有趣：“我們已經(jīng)提供了對該系統(tǒng)的一些了解，但仍然存在更多問題，而且自然界中高度多樣性的神秘面紗仍然存在。”