十字花科植物雌雄投资的分歧进化轨迹：系统发育约束与生态适应的博弈

本研究针对植物繁殖投资策略的核心问题，通过系统分析158种十字花科植物的花粉与胚珠数量变异，揭示了雌雄生殖投资的不同进化模式。研究人员采用系统发育比较分析和共同花园实验，发现胚珠数量受强烈系统发育约束，而花粉数量则更易受交配系统转变影响。该研究为理解两性功能资源分配的分歧进化提供了新视角，论文发表于《Annals of Botany》。

　　

植物王国的繁殖策略始终充满智慧与妥协。在有限的资源条件下，植物如何平衡花粉与胚珠的投入，直接影响其繁殖成功率与进化适应性。长期以来，学界基于Bateman原理认为花粉是"廉价"的雄性投资，而胚珠因需要更多母体资源而受到严格限制。然而，这种假设缺乏系统性的进化验证，且忽视了生态因素与系统发育历史的交互作用。更关键的是，雌雄功能是否响应相同的选择压力，以及全基因组加倍是否影响繁殖投资等核心问题仍悬而未决。

捷克布拉格查理大学植物学系与捷克科学院植物研究所的科研团队，通过对十字花科植物的大规模比较研究，揭示了雌雄繁殖投资的分歧进化轨迹。研究人员整合了系统发育比较分析、共同花园实验和环境关联研究等方法，发现胚珠数量表现出强烈的系统发育保守性，而花粉数量则具有更高的进化可塑性。该研究不仅挑战了传统认知，还为理解植物繁殖策略的进化机制提供了新见解，相关成果发表在植物学领域权威期刊《Annals of Botany》上。

研究团队采用了三项关键技术方法：(1)基于ITS和trnL/trnF序列构建包含158种十字花科植物的时间标定系统发育树；(2)对66个物种进行共同花园栽培，标准化测量花粉与胚珠数量；(3)整合WorldClim土壤数据库和传粉者多样性数据，使用广义加性混合模型(GAMM)分析环境关联。通过比较Brownian Motion、Ornstein-Uhlenbeck和Early Burst三种进化模型，量化了性状进化模式。

【Strong phylogenetic signal for ovule number compared to pollen number】部分显示，胚珠数量(Blomberg's K=0.61，Pagel's λ=0.95)比花粉数量(K=0.44，λ=0.74)具有更强的系统发育信号。Ornstein-Uhlenbeck模型分析表明，胚珠数量的适应速率(α=0.04)显著低于花粉数量(α=0.12)，支持胚珠数量受更强稳定选择约束的假设。系统发育独立对比(PICs)仅发现雌雄性状间存在微弱相关性(r=0.21)，暗示它们可能沿独立路径进化。

【Environmental conditions are weekly associated with pollen and ovule number evolution】部分揭示，环境因素对性状变异的解释力有限(R²=3.3-3.8%)。胚珠数量与气候湿度指数和降水季节性呈正相关，而花粉数量则受海拔、温度季节性和根系条件的显著影响。值得注意的是，传粉者丰富度与两性投资均无直接关联，但高海拔环境下花粉数量增加的现象，可能反映了对传粉限制的适应策略。

【Mating system and ploidy level shape pollen but not ovule production】部分证实，自交物种的花粉数量显著低于异交物种(Type II ANOVA，p=0.001)，而胚珠数量不受交配系统影响。多倍化对两性投资均无显著作用，表明全基因组加倍不直接改变繁殖分配策略。系统发育广义最小二乘法(PGLS)验证了这些发现在考虑系统发育非独立性后仍然成立。

研究结论挑战了多个传统认知：首先，虽然胚珠确实表现出更强的系统发育约束，但花粉并非完全"廉价"，其生产同样受到资源限制；其次，雌雄功能响应不同的选择压力，胚珠数量主要受水分可利用性影响，而花粉数量则更多受交配系统和温度波动调控；最后，自交进化伴随的花粉减少可能是主动的资源优化策略，而非简单的选择放松。这些发现为理解植物繁殖策略的进化提供了新框架，对预测气候变化下的植物适应性具有重要启示。

该研究的创新性在于首次在系统发育框架下量化了十字花科植物雌雄投资的进化动态，揭示了性状-环境关联的性别特异性模式。未来研究可进一步整合传粉效率定量数据，并探索不同植物类群中这些规律的普适性。从应用角度看，理解繁殖投资的分歧进化有助于优化作物育种策略，特别是在应对传粉者减少和气候变化的双重挑战下。