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馬雅人使每株木瓜都能結果

木瓜。圖片來源:wiki

小時候常聽長輩說,木瓜(Carica papaya)有公有母,公的木瓜不會結果,所以只要砍到剩一株就好。那時候覺得真有意思,原來植物跟人一樣有性別。

長大以後卻發現,好像每株木瓜都能結果?那麼小時候長輩說的公母木瓜去哪裡了?筆者上網找資料,得到的結果是:木瓜的確有公母,不過栽培種的木瓜卻沒有公的,只有雌雄同體(hermaphrodite,約佔三分之二)與母的;野生的木瓜大約公母各半。

那麼,究竟栽培種的雌雄同體木瓜是怎麼來的?過去的研究發現,木瓜的性別確認,說像人也不像;怎麼說呢?原來木瓜的性別也是由Y染色體決定(跟人很像),但是跟人不像的點是,人的Y染色體比X小,但是木瓜的Y染色體比X長(1)。

那麼,雌雄同體的木瓜呢?雌雄同體木瓜的Y染色體被稱為Yh染色體,除掉一段有八千多個鹼基對(base-pair)的反轉位子(Ty3-gypsy retrotransposon)之外,Y染色體與Yh染色體在性別決定區域(在Y染色體稱為male-specific region,MSY 或是在Yh染色體稱為 hermaphrodite-specific region,HSY)非常相似(差距在0.4%左右)(2)。後來也發現,雌雄同體的木瓜之所以不會產生雄樹是因為,Y染色體顯然少了一些重要的基因,造成YY基因型(不論是YY、YYh或YhYh)的木瓜胚胎大約在授粉後25-50天就停止發育了。

過去有些研究認為,木瓜的Y以及Yh染色體約在七萬三千年前演化出來,因此認定雌雄同體的木瓜是自然演化的結果;最近一個跨國的研究發現,其實木瓜的Yh染色體大約在4000年前才出現在中美洲,大約與馬雅文明的興起同時。

為什麼他們會導出跟以前的人如此不同的結論呢?其中之一是,研究團隊在MSY與HSY裡面發現了反轉位子。過去的研究都將反轉位子列入比對,造成相似度大幅下降。另一個原因則是,研究團隊找了36個品系(其中12個為商業的雌雄同體品系,另外24個為野生木瓜的雄樹)來進行定序與比對。過去研究的結論,只根據一筆資料的定序結果。

分析野生木瓜的雄樹也幫助研究團隊發現,現代木瓜應該是源自於中美洲哥斯大黎加的北太平洋岸區。野生木瓜的Y染色體,依據MSY區域可分為三型,其中與Yh染色體最像的就是位於哥斯大黎加北太平洋岸區的MSY3。

台灣的水果實在是又多又好,因此我們不太覺得木瓜有什麼特別的地方。事實上,木瓜是最受歡迎的熱帶水果之一,若不計入香蕉與柳橙,木瓜產量世界第三,僅次於芒果與鳳梨(3)。

台灣在1940年代前因木瓜品種不佳(不知是否就是有公有母的那種?),所以木瓜的栽培不盛。後來引進國外品種以及自行育種後,木瓜的栽培一度極盛,甚至在1970年代還外銷日本賺取外匯;直到1980年代輪點病毒肆虐後才漸趨沈寂(4)。

研究團隊之所以對木瓜的性別決定系統感興趣,是想要找出抑制雌性的基因(female suppressor gene)。動物的Y染色體在演化的非常早期便已出現,要由基因上尋找較為不易;而木瓜則因為具有Y與Yh染色體兩種,研究者可以經由比較這兩個染色體找到抑制雌性形成的基因(們)。

當然,因此而發現雌雄同體的木瓜的產生應該與馬雅文明相關,也算是意外的發現。馬雅人應該是在選種時有意識地保留了雌雄同體的木瓜,畢竟不需要雄樹的存在便可以結果,對人類來說是方便得多了。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

1. Ming R. et. al. 2011. Sex chromosomes in land plants. Annu. Rev. Plant. Biol. 62:485-514.
2. VanBuren R. et. al. 2015. Origin and domestication of papaya Yh chromosome. Genome Research. 3. Wikipedia. Papaya.
4. 李文立。2009。木瓜栽培管理手冊

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

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首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

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不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

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這個問題來自於卡爾文循環的第…

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

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到了十八世紀,麵包樹突然搖身一變成了「神奇糧食」。到底發生了什麼事呢?原來在1769年與庫克船長乘「奮進號」的英國植物學家班克斯爵士在大溪地看到了麵包樹,因為麵包樹的果實約有四分之一為澱粉、在熱帶地區又長得很好,使班克斯認為麵包樹可能是解決英國在牙買加殖民地奴隸營養問題的解答。於是在1787年,英國皇家科學院派遣邦迪號前往大溪地收集麵包樹帶到加勒比海群島種植。為了這個目的,船上還有一位隨船的植物學家大衛‧尼爾森。

原訂於8月16日出發的邦迪號,因為一連串的延遲,最後終於到了大溪地、收集了足夠數量的麵包樹以後,卻在因為船長布萊一路…

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這個重要的發現是什麼呢?有一天他如常地進行實驗:把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口,準備明天觀察它的反應。不同的是,這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。

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於是他們做了更多測試。他們發現:旁邊有受傷的伙伴的小芥們,主根生長的速度大約…