Arbetar med ett internationellt team av uppfödare och genomforskare, växtbiologer vid University of Georgia har sekvenserat genomet av trädgårdssparris som en modell för könskromosomutveckling. Arbetet belyser långvariga frågor om könskromosomernas ursprung och tidiga utveckling, och fungerar samtidigt som en grund för sparrisförädlingsinsatser.

Deras forskning, den första bekräftelsen av tidiga modeller om hur könskromosomer skiljer sig inom samma art, publicerades idag i Naturkommunikation .

Medan de flesta blommande växter är hermafroditer, trädgårdsparrisväxter är vanligtvis antingen hane (XY) eller hona (XX), även om YY "superhanar" kan produceras i växthuset. Odlare föredrar helt hanliga växter, eftersom de lever längre och inte självsådd. Uppfödare producerar XY-frö av hankön genom att korsa en XX hona, med en YY supermale. Hittills har man inte förstått skillnaderna mellan X- och Y-kromosomer av sparris och uppfödare har inte kunnat skilja XY-hanar från YY-superhanar utan tidskrävande testkorsningar.

"En av de saker som vi kunde göra ganska tidigt i vårt samarbete var att identifiera genetiska markörer som gjorde det möjligt för uppfödare att effektivt särskilja XY-hanar från YY-hanar och sedan använda dessa YY-hanar för att producera frön av hankön, "sa Jim Leebens-Mack, professor i växtbiologi och senior författare på studien.

Att förstå den genetiska variationen i växter som tillåter XY- och YY-hanar har utvecklats genom identifiering av generna som bestämmer kön, vilket banar väg för en effektivare utveckling och produktion av värdefulla hybridsparrisplantor.

"Förutom snabbare identifiering av könsgenotyper, våra medarbetare kan nu manipulera sparris Y-kromosomen för att omvandla hanar till honor eller hermafroditer. Inom en snar framtid, uppfödare kommer att kunna korsa vilka linjer de vill, utan att behöva leta inom en viss linje efter honan som har en uppsättning egenskaper, och i en annan linje för en hane med komplementära egenskaper, " sa Leebens-Mack.

Frågor om den stora mångfalden av sexuella system i växter går tillbaka till Charles Darwin, och en två-gen modell för ursprunget till könskromosomer myntades av den danske genetikern Mogens Westergaard i början av 1900-talet. Men teorin var omöjlig att testa genom analyser av människor och däggdjurs könskromosomer, där divergensen mellan X- och Y-kromosomerna hände för tiotals miljoner sedan.

Blommande växter som sparris, dock, har nyare ursprung av separata kön och könskromosomer, erbjuder ett idealiskt tillfälle att testa Westergaards två-genmodell samtidigt som det hjälper till med växtförädlingsprogram.

Forskarna fann att som förutspått av Westergaard och andra, kopplingen av en gen som är nödvändig för manlig funktion med en gen som hämmar utvecklingen av kvinnliga organ på en liten del av Y-kromosomen var startpunkten för utvecklingen av könskromosomer från sparris.

"Under de senaste hundra åren, Evolutionsbiologer har föreslagit flera sätt att ett vanligt kromosompar kan utvecklas till ett X- och Y-par som bestämmer kön, sa Alex Harkess, tidigare doktorand i Leebens-Mack-labbet och huvudförfattare till studien. "Vårt arbete bekräftar en av dessa hypoteser, visar att ett könskromosompar kan utvecklas genom mutationer i bara två gener – en som påverkar utvecklingen av pollen (manlig), och en som påverkar pistil (kvinnlig) utveckling."

"Uppfödare har drömt om att manipulera könsbestämning i trädgårdssparris i decennier, "sa medförfattaren Ron van der Hulst från Limgroup avelsföretag i Nederländerna." Identifiering av könsbestämningsgener i sparris kommer nu att tillåta oss att producera växter med hanar, kvinnliga och bisexuella blommor, och avsevärt påskynda utvecklingen av inavlade linjer för att producera elithybridfrö."

Medförfattare och italiensk sparrisuppfödare Agostino Falavigna noterade också att referensgenomet för trädgårdssparris kommer att göra det möjligt för honom och andra uppfödare att mer effektivt använda vilda släktingar som källor för gener som kan öka sjukdomsresistens, spjut kvalitet, smak, innehåll av arom och antioxidanter.