母爱“倍”至：甘蔗妈妈多给的染色体藏着百年育种谜底
母爱“倍”至：甘蔗妈妈多给的染色体藏着百年育种谜底
很少有人知道，甘蔗妈妈“传”给孩子的“爱”是加倍的。
100多年前，科学家发现，热带种甘蔗母本和野生割手密父本杂交的后代中，母本与父本的基因组贡献约为2∶1。母本“多给一份”的遗传方式，使后代能最大程度保留母本的高糖和高生物量性状，又整合父本的抗逆基因。
甘蔗热带种LA Purple。受访者供图
这是现代甘蔗育种成功的核心密码，却也是困扰国际学界百余年的终极谜题。
2026年8月5日，福建农林大学海峡联合研究院基因组学研究中心教授明瑞光团队在《自然》在线发表论文，首次从基因组、染色体和DNA分子水平，完整揭示了甘蔗“母本恢复”的遗传机制——第二次分裂恢复。
论文审稿人评价：“解析这一不寻常的现象对甘蔗育种及物种演化具有重要意义……这一认识将极大地促进甘蔗品种改良。”
百年谜题：一位荷兰学者用一生追问的问题
熬制蔗糖的技术从印度传入唐朝之前，甘蔗基本是生吃的。东晋名士顾恺之吃甘蔗就有个习惯：先啃淡而无味的顶部，逐步吃到最甜的根部。旁人笑他，他却机敏地解释道，这是“渐入佳境”。
144年前，印尼爪哇岛的甘蔗种植园主们怎么也想不到，一场灭顶之灾竟会引领他们“渐入”一个延续百余年、惠及全球糖业的育种“佳境”。
他们更没想到的是，为了抵抗蔗枯病而“被迫”培育出的杂交后代，始终以一种违背常规遗传学规律的奇特方式传递染色体。
1882年，一种被称为“蔗枯病”的神秘病害席卷了当时全球最当红的甘蔗品种“Black Cheribon”。这种由植原体引起的病害通过昆虫传播，无法人工培养抗原，种植园90%以上的甘蔗感病枯萎，整个糖业面临灭顶之灾。
绝望之中，育种家们被迫走向一条从未走过的路：将高糖高产的栽培种热带种甘蔗，与抗逆性强但茎秆纤细、含糖量低的野生割手密进行种间杂交。他们没想到，这个“死马当活马医”的组合，竟开启了现代甘蔗育种百余年辉煌的序幕。
高糖、高生物量、抗病抗逆，新的蔗王诞生了。
在爪哇从事甘蔗细胞遗传学研究的荷兰科学家布雷默（Gustav Bremer）对蔗王产生了好奇。1923年，他在博士论文中首次报告了一个惊人发现：热带种甘蔗与割手密杂交后代的染色体数目，并非父母本各贡献一半之和，而是母本贡献了双倍染色体，父本贡献了单倍染色体。
论文通讯作者明瑞光解释道， 在大多数有性生殖过程中，精子和卵细胞形成之前都要经历减数分裂，使染色体数目减半。可以把染色体想象成一副遗传牌组，父母双方各拿出“半副牌”形成精子和卵细胞，受精时共同组成后代的一副完整牌组。
减数分裂包括连续两次细胞分裂。以卵细胞形成为例，大孢子母细胞的第一次分裂可以理解为“洗牌”。母细胞中来自上一代的同源染色体相互配对，在部分区域交换DNA片段。交换重组完成后，同源染色体分别进入两个子细胞。经过这一步，细胞中的染色体组数已经减半，但每条染色体仍由包含重组片段的两条姐妹染色单体组成。
第二次分裂可以理解为“分装”。本应将每条染色体的两条姐妹染色单体分开，使它们分别进入不同的生殖细胞。正常完成两次分裂后，一个母细胞最终形成4个染色体数目减半的配子。
“母本多给一份染色体，父本正常给一份，后代中母本与父本的基因组贡献约为2:1。这一现象被称为‘母本恢复’。”明瑞光告诉《中国科学报》，此后，布雷默又持续研究至1960年代，前后跨度超过40年。甚至二战期间荷兰被德军占领，他仍留在大学里继续观察。他累计观察了一万多个大孢子母细胞的发育过程，提出了“正常减数分裂的配子在形成后复制，产生不减数配子”的假说。
此后，不同研究者先后提出第一次减数分裂异常、第二次减数分裂异常、受精后染色体加倍等多种假说，但始终没有获得决定性的遗传学证据。
明瑞光说，受限于当时的技术手段，研究者只能通过显微镜观察染色体数目，却无法解析染色体内部的DNA序列。这就好比只知道一个盒子里装了80颗珠子，却不知道这些珠子的颜色、质地是否与母本完全相同。
“事实上，不减数配子在很多植物中都偶有发生。但在大多数作物中，这种‘出错’往往有害——比如番木瓜中出现四倍体，植株会变矮变小变畸形，无论是自然选择还是人工选择都会将其淘汰。唯独甘蔗是个例外。”明瑞光说，由于蔗枯病的巨大压力，育种家们被迫进行种间杂交，而母本恢复形成的2:1基因组比例，使回交育种从通常需要的五六代缩短到只需两代。
“这个现象真是给甘蔗育种工作者的一份礼物。”明瑞光说。
从夏威夷到福州：一个跨越30年的伏笔
甘蔗的情况十分特殊。 论文第一作者、 福建农林大学副教授 朱斯慧告诉《中国科学报》， 研究使用的热带种甘蔗和野生割手密虽然都具有80条染色体，但二者的基因组构成并不相同。热带种甘蔗是八倍体，具有八套以10条染色体为基础的染色体组；野生割手密则是4到20的同源多倍体，这次研究用的是十倍体，具有10套以8条染色体为基础的染色体组。
正常情况下，二者经过减数分裂后都应形成含有40条染色体的配子，受精后形成约80条染色体的杂交后代。
然而，实际产生的杂交后代却拥有约120条染色体，其中约80条来自母本，约40条来自父本。这说明父本进行了正常减数分裂，只提供了含40条染色体的配子；母本产生的配子却含有约80条染色体，相当于在正常配子的基础上多保留了一份染色体。