授粉前柳樹雄花較高的繁殖投資成本被揭開

　　康定柳(Salix paraplesia Schneid.)是一種廣泛分布于川西北高原、常用于生態修復的先鋒樹種，屬于典型的雌雄異株植物。雌雄異株植物占被子植物的約6%左右，雌雄個體間通常存在性別二態性，其中包括了成熟個體在開花期的生殖投資成本差異和花器官的表型差異。然而，在授粉前的開花階段，雌雄個體的生殖投資成本差異如何并不清楚。

　　近日，Horticulture Research在線發表了四川大學生命科學學院張勝教授團隊題為Sex-biased genes and metabolites explain thesexual dimorphism in morphology and reproductive cost of Salix paraplesia catkins的研究論文。

　　本研究利用表型分析、代謝組學和轉錄組學等分析手段，于授粉前開花三個階段(早期、盛花期和晚期)，對康定柳雌雄花序的性別差異進行了比較分析。結果發現，授粉前的雄花花序干重、花序長、投影面積和碳氮含量均高于雌花。轉錄組和代謝組分析表明康定柳雌雄花序的性別二態性和生殖投資的差異涉及到呼吸代謝、激素信號轉導、酚類和類黃酮代謝以及胡蘿卜素代謝等關鍵代謝通路。相較于雌花，雄花中較低的DELLA蛋白基因表達(Sapur.010G083400)可能使其對赤霉素信號更敏感，進而導致更長的雄花序。雌花中卟啉和葉綠素代謝中基因表達更高且葉綠素含量更高，而類胡蘿卜素代謝中基因表達在雄花中更高，這可能導致了雌花序顏色更綠而雄花序表現出黃色或紅色的表型。

　　Fig. 2: Morphology and biomass of S.

　　Fig. 6: The metabolomic profiles of male and female S. paraplesia flowers.

　　研究還發現，在糖酵解、三羧酸循環(TCA cycle)途徑中，大量基因在雄花中高表達，進而導致酮戊二酸、琥珀酸和蘋果酸等TCA通路中間代謝物在雄花中含量較高，而蔗糖和草酰乙酸則在雌花中含量較高，雄花可能消耗了更多的蔗糖，并且將更多的草酰乙酸轉化成磷酸烯醇式丙酮重新進入三羧酸循環。這表明雄花在授粉前具有更強的碳水化合物消耗代謝。綜上所述，在授粉前，雄花投資繁殖成本顯著高于雌株，這是因為雄株要大量傳粉，較多的投資成本可以增加其傳粉成功率。

　　Fig. 9: Sexual dimorphism in respiration in S. paraplesia flowers in three flowering stages.

　　中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所博士研究生蔡澤宇為該論文的第一作者，四川大學的張勝教授為該論文通訊作者。該研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究(2019QZKK0404)、中國科學院Ａ類戰略性先導科技專項(XDA20020401)及國家自然科學基金(31770650) 的資助。