犬薔薇（

Rosa canina

而更有趣的是，這種美麗的植物，還具有“無視遺傳常規(guī)”的繁殖方式。近期，一項關(guān)于犬薔薇的研究登上了《自然》雜志的封面。在這項研究中，科學家通過解析犬薔薇的基因組，揭示了犬薔薇獨特的繁殖方式。

犬薔薇。（圖/Wikipedia）

打破規(guī)則的犬薔薇

在典型的有性生殖中，生物體通常從每位親本各繼承一套染色體，從而獲得兩套完整的遺傳信息。

染色體的結(jié)構(gòu)。（圖/NIH）

這是因為，染色體在減數(shù)分裂（即形成生殖細胞的過程）時能夠成對配對，形成所謂的“二價體”，以確保遺傳物質(zhì)能正確傳遞給下一代。因此，大多數(shù)動植物的體細胞內(nèi)通常都擁有兩套染色體，即所謂的二倍體。

但對于多倍體（體細胞中擁有多套染色體）生物來說，它們的細胞中含有來自不同來源的多套基因組，這會讓染色體難以順利找到配對對象，使這一過程變得更加復(fù)雜。

對于偶數(shù)套染色體的多倍體物種，其減數(shù)分裂仍可正常進行；但對于擁有奇數(shù)套染色體的多倍體物種來說，減數(shù)分裂往往無法順利完成，導致配子攜帶錯誤數(shù)量的染色體，甚至無法產(chǎn)生后代。

而犬薔薇卻非常特別，其體細胞內(nèi)擁有五套染色體，在進化過程中，犬薔薇卻發(fā)展出了一種巧妙的解決方案，使其仍能實現(xiàn)有性繁殖。這得益于一種被稱為“犬薔薇式減數(shù)分裂”（

Canina

meiosis

五倍體犬薔薇的減數(shù)分裂。（圖/Herklotz et al. / Nature）

具體來說，在犬薔薇的五套染色體中，只有兩套能參與正常配對，形成二價體，并通過花粉和卵細胞（雄性和雌性配子）共同傳遞；其余三套未能配對的染色體則以單價體的形式保留下來，僅通過卵細胞傳遞給下一代。如此一來，犬薔薇就將有性生殖與克隆生殖結(jié)合在了一起。

盡管科學家早在一百多年前就首次觀察到了犬薔薇擁有這種獨特的減數(shù)分裂方式，但對它的分子機制的了解仍然知之甚少。

著絲粒的力量

在新的研究中，研究人員對三種不同的五倍體犬薔薇的基因組進行了測序。他們的分析不僅精確到每一套染色體，還追溯了它們的起源。通過這些分析，他們最終在著絲粒結(jié)構(gòu)中找到了答案。

著絲粒是染色體上的關(guān)鍵區(qū)域，在細胞分裂（包括有絲分裂和減數(shù)分裂）中起著關(guān)鍵作用。它是細胞分裂在過程中，紡錘絲附著的DNA區(qū)域。當紡錘絲附著到著絲粒后，組成一條染色體的兩個完全相同的染色單體就會被拉向細胞的兩端，從而確保新形成的兩個子細胞中各自擁有一份完全相同的DNA拷貝。

研究人員發(fā)現(xiàn)：單價染色體上的著絲粒格外龐大，包含多次重復(fù)的犬薔薇特有DNA序列。這些更大的著絲粒也更容易結(jié)合CENH3蛋白，而這正是連接紡錘體的關(guān)鍵分子。

這一發(fā)現(xiàn)表明，著絲粒的大小，可能決定著某些染色體在不對稱減數(shù)分裂中是否被優(yōu)先保留下來。也就是說，通過調(diào)節(jié)著絲粒的大小和強度，犬薔薇可以傾向性地選擇某些染色體用于遺傳。

為何意義重大？

在同一個基因組中同時實現(xiàn)有性繁殖和克隆繁殖，并且這種模式還受著絲粒結(jié)構(gòu)差異的控制——這本身就是一種極為精彩的生物學現(xiàn)象。而這個發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對植物遺傳機制的理解，也在農(nóng)業(yè)育種中具有實際意義。

許多栽培植物也具有多套染色體，這雖使它們更易出現(xiàn)繁殖障礙，但同時也帶來抗性更強等優(yōu)勢。通過深入理解犬薔薇的生殖策略，我們或許能更精準地利用多倍體的優(yōu)勢，提升作物的生育能力。從長遠來看，這項研究或?qū)榕嘤鼜娊〉霓r(nóng)作物打開新思路。

#參考來源：

https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09171-z

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32095807/

https://www.genome.gov/genetics-glossary/Centromere

#圖片來源：

封面圖：natureworks / Pixabay

首圖：André Marques