​植物的性生活之谜

从某种意义上说，农业是对人类社会贡献最大的一门学科。农业研究最关键的领域是育种，而育种行业最大的障碍就是植物的有性生殖，这也是全世界农业研究工作者公认的最难克服的障碍。

说起来，植物的有性生殖曾经帮助过一个名叫孟德尔的奥地利僧侣发现了遗传的秘密。我们都知道，孟德尔曾经研究过豌豆的性状，并因此发现了遗传的基本规律，为基因的发现奠定了基础。但是，如果他当初研究的不是豌豆，而是黑莓或者芒果的话，那他就得不出那个结论了。这两种作物的花粉都没有活性，它们的种子完全是由雌蕊（相当于卵子）一手包办的。换句话说，黑莓和芒果进行的是无性生殖，其种子发芽后长成的植株都是母株的克隆。生物学上把植物的无性生殖叫做无融合生殖（Apomixis）。

植物界能够进行无融合生殖的品种只占1%左右。事实上，除了黑莓、芒果和某些柑橘外，目前人类所种植的主要粮食品种都是有性生殖的。有性生殖为杂交育种提供了可能性，而目前全世界种植得最多的农作物品种大都来自杂交育种。除了某些果树可以采用嫁接的方式进行无性繁殖外，其余的农作物都需要经过育种这一步。不过，杂交育种有个难以克服的毛病，那就是第二代作物没法保持原样，必须重新进行杂交并筛选合格的种子。

育种工作者对植物的有性生殖方式可谓喜忧参半。忧的是这种现象增加了杂交育种的难度，好不容易培养出一个各方面都很优秀的品种，却没办法在下一代保持住那些优秀特性，必须重新筛选；喜的是这一特性让农民们没办法留种，必须每年都从种子公司购买新的种子。值得一提的是，不少反对转基因农作物的人士指责研发公司利用转基因专利牟取暴利，但实际上杂交种子公司才更应该被指责。

不过，即使是吃杂交育种这碗饭的人也都同意，如果能找出某种办法诱导农作物进行无融合生殖，必将大大加快育种的速度，为广大农民提供更多更好的优质种子，一举解决贫困地区的吃饭问题。可惜的是，无融合生殖的生理机制至今是个谜，这个课题被公认为农业科研的最高峰，谁能攻占它，必将被戴上诺贝尔奖的桂冠。

因为各种原因，这个领域至今进展不大，科学家们只知道那些进行无融合生殖的植株原本都是“有性”的，不知为什么在进化过程中将这种能力丢失了。至于说这种能力是如何被丢掉的，科学家们至今一头雾水。不过，今年2月18日出版的《科学》（Science）杂志刊登了加州大学戴维斯分校（UC Davis）植物系副教授西蒙·陈（Simon Chan）等人发表的一篇论文，他们采用另一种方法达到了和无融合生殖类似的效果。

他们采用的实验材料是植物学研究最常用的模型植物拟南芥（Arabidopsis）。以前科学家们曾经培育出两种拟南芥的突变体（MiMe和dyad），能够生成带有自身全部基因信息的卵子。可惜这样的卵子不能自己发育成种子，仍然需要经过受精这一步，但受精后生成的种子便因此而多带了一份来自精子的染色体，不能算母株的克隆了。陈教授等人通过研究后发现，如果人为改变精子染色体着丝点（Centromere）附近的组蛋白结构，就能让受精卵在受精后把来自精子的全套染色体尽数剔除出去。这样一来，受精卵内便只含有母株的DNA，这样的受精卵长大后便是母株的克隆，好像是母株进行了无融合生殖一样。

运用这一思路，研究人员通过遗传工程的方式培育出一种名为GEM的植株作为雄性，与MiMe和dyad杂交，生成的种子当中有34%剔除了雄性的基因，成为母株的克隆。也就是说，科学家们让一种本来只能进行有性生殖的植物成功地进行了无性生殖！为了保证这一方法的实用性，科学家们还用克隆成功的植株进行了第二次实验，证明这个方法可以无限地进行下去。

虽然这个实验只是概念性的，但它证明，只要改变植物的2～4个基因就能完全模仿无融合生殖过程，人为地制造出植株的克隆来。如果这个方法在农作物中得到应用，将彻底改变育种行业的工作模式，加速培育出带有各种优良性状的农作物，并由此引发一场新的农业革命。

当然，这并不意味着育种行业会消失，因为该方法毕竟和真正的无融合生殖不一样，普通农民很难掌握。另外，陈教授等人已经将该方法申请了专利——这也无可厚非，科学家毕竟不是活雷锋，他们也要吃饭。■ 植物性生活农资种子植物