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本文转载自公众号“把科学带回家”(ID:steamforkids)

网友发现刚买的橘子中,发现了一个不太一样的橘子。

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图源:xhs

它的果皮上仿佛被人用尺子画了线,泾渭分明地分割成几个部分,颜色一边深一边浅,甚至连纹路都完全不同,看起来就像一个迷你版的篮球?

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其他人的“篮球”橙子 图源:reddit

这不是什么新品种,而是一种名为“嵌合体”的生物现象。

嵌合体,英文Chimera,这个词源于希腊神话中狮头、羊身、蛇尾的怪物。在生物学上,它指由两种或以上不同基因型细胞构成的单一生物体 。

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奇美拉 图源:south china morning post

如果说杂交(Hybrid)像是把橙汁和柠檬汁混合在一起,得到一杯全新的、味道均匀的“杂交果汁”,那么嵌合体则更像是一盘水果沙拉:橙子块和柠檬块被放在同一个盘子里,但它们各自保持着自己独立的基因和味道,只是物理上“拼”在了一起 。

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图源:xhs

这种“拼接”而非“融合”的特性,正是“篮球橘”上能出现清晰分界线的根本原因。

嵌合体的诞生,通常源于一次意外的基因突变 。在植物的生长点(顶端分生组织)中,有一个细胞在分裂时“开了个小差”,发生了突变。这个突变细胞和它的后代,就成了植物体内的一群“异类” 。

这个生长点,好比一个建筑工地,而细胞则根据分工,分为三个“施工队”,生物学上称为L1、L2和L3层 。

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图源:biorxiv

L1层(外墙粉刷队):负责形成植物最外层的“皮肤”,也就是表皮 。

L2层(主体施工队):负责构建大部分内部组织,如果肉、皮下组织,甚至还负责产生种子(生殖细胞)。

L3层(水电工程队):负责建造最核心的结构,比如运输水分和养料的维管系统 。

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图源:uc agriculture

对于一个柑橘来说,它最终的形态就是这三个“施工队”协同作业的结果:金黄色的外果皮(色素层)主要来自L1和L2层,白色的海绵层(中果皮)来自L2和L3层,而我们吃的果肉则由三层共同参与构成 。

了解了细胞分工,我们就能破解“篮球橘”的秘密了。这种现象属于一种特定的扇形嵌合体(sectorial chimera) 。

它的成因是,最初的那个基因突变非常“霸道”,它不是只影响某一个“施工队”(细胞层),而是像切蛋糕一样,垂直切下,把L1、L2、L3三个“施工队”的一部分全部感染了 。

于是,这个“突变扇区”发育成的部分,从外层果皮到内部果肉,都拥有了和正常部分截然不同的基因。这就导致了果实上出现一条清晰的纵向条纹,颜色、质地甚至形状都可能不同 。

更有趣的是,图案的几何形状,精确地暴露了突变发生的“作案时间”。

一个果实始于一个细胞,分裂成两个,再到四个、八个……如果突变发生在二细胞阶段,那么果实就会长成一半一半的“阴阳脸”。而如果突变发生在四细胞阶段,四个原始细胞中的一个发生突变,最终就会形成我们看到的、被精确分割成四份的“篮球”图案 。

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篮球苹果 图源:fruitforum

这种基因上的楚河汉界,带来的差异远不止颜色。

有网友曾分享过一个柠檬与橙子的嵌合体,其橙色部分闻起来“就像一个橙子”,暗示其挥发性芳香物质也发生了改变 。

科学研究也证实了这一点。一项针对扇形嵌合体橙的分析发现,突变后的黄色扇区不仅丢失了某些化学成分,甚至还产生了一种全新的化合物 。这意味着,同一个果实的不同区域,可能真的拥有不同的风味。你吃到的“篮球橘”,理论上可能一半酸一半甜。

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图源:fruitforum

在果园里,这种外观不一的“篮球橘”通常会被当作次品丢弃 。但对于育种来说,这是难得的礼品。

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红心葡萄柚的来由 图源:文献

许多我们今天习以为常的优良品种,比如红心葡萄柚,最初都来源于这种被称为“芽变”的自发突变 。然而,扇形嵌合体本身极不稳定,直接用它的枝条去嫁接,几乎不可能复制出同样的“篮球”图案 。

但现代生物技术给了我们“提纯”这个突变的机会。科学家可以通过组织培养技术,从突变的扇区中分离出细胞,在实验室里将其培育成一株完整的、基因型纯粹的新植株 。

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图源:organicseeds4you

通过这种方式,一个只有红色条带的橙子,未来可能被培育成一个果实完全通红的稳定新品种。

参考资料:

(https://fruitforum.wordpress.com/2008/01/19/apple-chimeras-information-please/)(https://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=35917933)

(https://www.roundrockgardens.com/post/plant-mutations-every-gardener-should-know)

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