授粉前柳树雄花较高的繁殖投资成本被揭开
康定柳(Salix paraplesia Schneid.)是一种广泛分布于川西北高原、常用于生态修复的先锋树种，属于典型的雌雄异株植物。雌雄异株植物占被子植物的约6%左右，雌雄个体间通常存在性别二态性，其中包括了成熟个体在开花期的生殖投资成本差异和花器官的表型差异。然而，在授粉前的开花阶段，雌雄个体的生殖投资成本差异如何并不清楚。
近日，Horticulture Research在线发表了四川大学生命科学学院张胜教授团队题为Sex-biased genes and metabolites explain thesexual dimorphism in morphology and reproductive cost of Salix paraplesia catkins的研究论文。
本研究利用表型分析、代谢组学和转录组学等分析手段，于授粉前开花三个阶段(早期、盛花期和晚期)，对康定柳雌雄花序的性别差异进行了比较分析。结果发现，授粉前的雄花花序干重、花序长、投影面积和碳氮含量均高于雌花。转录组和代谢组分析表明康定柳雌雄花序的性别二态性和生殖投资的差异涉及到呼吸代谢、激素信号转导、酚类和类黄酮代谢以及胡萝卜素代谢等关键代谢通路。相较于雌花，雄花中较低的DELLA蛋白基因表达(Sapur.010G083400)可能使其对赤霉素信号更敏感，进而导致更长的雄花序。雌花中卟啉和叶绿素代谢中基因表达更高且叶绿素含量更高，而类胡萝卜素代谢中基因表达在雄花中更高，这可能导致了雌花序颜色更绿而雄花序表现出黄色或红色的表型。
Fig. 2: Morphology and biomass of S.
Fig. 6: The metabolomic profiles of male and female S. paraplesia flowers.
研究还发现，在糖酵解、三羧酸循环(TCA cycle)途径中，大量基因在雄花中高表达，进而导致酮戊二酸、琥珀酸和苹果酸等TCA通路中间代谢物在雄花中含量较高，而蔗糖和草酰乙酸则在雌花中含量较高，雄花可能消耗了更多的蔗糖，并且将更多的草酰乙酸转化成磷酸烯醇式丙酮重新进入三羧酸循环。这表明雄花在授粉前具有更强的碳水化合物消耗代谢。综上所述，在授粉前，雄花投资繁殖成本显著高于雌株，这是因为雄株要大量传粉，较多的投资成本可以增加其传粉成功率。
Fig. 9: Sexual dimorphism in respiration in S. paraplesia flowers in three flowering stages.
中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所博士研究生蔡泽宇为该论文的第一作者，四川大学的张胜教授为该论文通讯作者。该研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0404)、中国科学院Ａ类战略性先导科技专项(XDA20020401)及国家自然科学基金(31770650) 的资助。
