野蔷薇（Rosa canina）是一种野生蔷薇植物，其基因组为五倍体，含有35条染色体。虽然染色体数目为奇数，但它可以通过一种独特的细胞分裂方式——“犬蔷薇减数分裂”进行有性繁殖。在犬蔷薇减数分裂中，只有两组染色体进行正常的减数分裂，其余21条染色体则以不对称的方式保留在卵细胞中。单倍体花粉使四倍体卵细胞受精，从而产生五倍体后代。此前，野蔷薇这种不对称减数分裂的机制尚不清楚。最近的一项研究发现，着丝粒的大小在决定染色体是形成二价体还是保持单价方面起着决定性作用。着丝粒较小的染色体成对出现并进行对称分裂，而着丝粒较大的染色体则保持单价状态并保留在卵细胞中。这对植物育种意义重大，因为对着丝粒大小进行适当改变意味着可以遗传所需的染色体。
为保持基因库的连续性和完整性，后代的染色体数目必须与父母的相同。为确保这一点，大多数高等动植物的性腺都会进行对称的减数分裂，产生含有等量染色体（n）的单倍体配子，以便在雄配子与卵子受精后，受精卵中的染色体数目恢复到原来的二倍体数目（2n）。例如，人类有 23 对（2n=46）染色体。性腺的减数分裂对称地产生单倍体卵子和精子（n=23），以便在受精后，受精卵中的染色体数目恢复到原来的二倍体数目（2n=46）。大多数有性繁殖的动植物都是这种情况。它们的染色体数目是偶数。然而，玫瑰植物的有性生殖是独一无二的。
犬蔷薇（Rosa canina）是一种常见的攀缘野生蔷薇植物，其基因组为五倍体，即拥有五组染色体，每组7条。该植物的染色体数目为奇数，共35条，但它可以通过一种称为“犬蔷薇减数分裂”的不对称减数分裂方式进行有性繁殖。在这种减数分裂中，只有两组（=14）染色体形成二价体并进行正常的减数分裂，其余染色体（=21）则保留在卵细胞中。
在犬蔷薇的减数分裂中，一些染色体保持未配对状态（单价体），而另一些则形成配对（二价体）。未配对的染色体在精子发生过程中被消除，最终形成仅含有二价体衍生染色体的单倍体花粉粒。另一方面，在卵子发生过程中，卵细胞接收一套二价体衍生染色体和全部21条未配对染色体，使卵细胞成为四倍体。单倍体花粉（含有二价体衍生染色体）使四倍体卵细胞受精，从而使后代恢复五倍体（5n）基因组。因此，犬蔷薇的后代主要为克隆繁殖，部分为有性繁殖。这种独特的繁殖方式已为人所知一个世纪，但其机制一直不为人知。
在最近的一项研究中，研究人员调查了在玫瑰的卵子发生过程中，未配对染色体如何定向运输到卵细胞中。他们发现染色体着丝粒的大小与此有关。较大的着丝粒主要存在于未配对的染色体中，而二价形成的着丝粒则富含逆转录转座子。证据表明，染色体的着丝粒大小决定了染色体在非对称卵子发生过程中是形成二价体还是保持未配对状态并保留在卵细胞中。着丝粒较小的染色体形成二价体并进行对称分裂，而着丝粒较大的染色体保持未配对状态并以不对称的方式保留在卵细胞中。这对于植物育种具有重要意义，因为适当改变着丝粒大小意味着遗传所需的染色体。
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参考文献：
- Lunerová J. 等人，2020. 蔷薇属（Rosa）中，不对称犬减数分裂伴随非重组单价染色体中着丝粒周围随体的扩增。《植物学年鉴》，第125卷，第7期，4年2020月1025日，第1038–25页，出版日期：2020年XNUMX月XNUMX日。DOI： https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. 等人。五倍体玫瑰的双峰着丝粒揭示了其独特的减数分裂机制。《自然》（2025）。发表于18年2025月XNUMX日。DOI： https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- 马克斯·普朗克学会。《生存之道》：玫瑰看似不可能的繁殖，其实取决于着丝粒的技巧。发布于18年2025月XNUMX日。可访问 https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
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