自家受粉

自家受粉は、花粉が同じ植物の花の柱頭（顕花植物の場合）または胚珠（裸子植物の場合）に到達する受粉の形式です。他家受粉という用語は、反対の場合、つまり、ある植物の花粉が別の植物に移動する場合に使用されます。

自家受粉には 2 つのタイプがあります。自家受粉では、花粉は同じ花の柱頭に運ばれます。一方、同種受粉では、花粉は 1 つの花の葯から同じ開花植物の別の花の柱頭に、または単一 (雌雄同株) の裸子植物内で小胞子嚢から胚珠に運ばれます。一部の植物には、花が開かない (閉花受粉) 、または雄しべが柱頭に接触するように動くなど、自家受粉を確実にするメカニズムが備わっています。

同義語としてよく使用される「自殖」という用語は、自家受粉に限定されず、他の種類の自家受粉にも適用されます。

風や昆虫などの花粉媒介者の助けなしに自家受粉する植物はほとんどない。このメカニズムは、ピーナッツなどの一部のマメ科植物で最もよく見られる。別のマメ科植物である大豆では、花が開き、日中は昆虫による他家受粉を受け入れられる状態になる。これが達成されない場合、花は閉じるときに自家受粉する。自家受粉できる他の植物としては、多くの種類のラン、エンドウ豆、ヒマワリ、およびカラスノキがある。自家受粉する植物のほとんどは、小さくて比較的目立たない花を咲かせ、花粉を柱頭に直接、ときには蕾が開く前に落とす。自家受粉する植物は、花粉媒介者誘引物質の生産にあまりエネルギーを費やさず、北極や高地など、訪れる可能性のある昆虫や他の動物がいない、または非常に少ない地域でも生育できる。

自家受粉は子孫の多様性を制限し、植物の活力を抑制する可能性があります。しかし、自家受粉は、植物が適切な花粉媒介者の範囲を超えて広がったり、花粉媒介者の個体数が大幅に減少した地域や自然に変化する地域で子孫を生むことを可能にするなど、有利な場合もあります。^[1]

受粉は他家受粉によっても行われます。他家受粉とは、風や昆虫や鳥などの動物によって、別の植物の花の葯から柱頭に花粉が運ばれることです。

両性花と雌雄同株の種はどちらも、自家受粉して自家受精する可能性を秘めています。自家受粉を回避する仕組みがない限り、自家受粉して自家受粉します。顕花植物の 80% は雌雄同株で、同じ花に雌雄同体がありますが、5% の植物種は雌雄同株です。したがって、残りの 15% は雌雄異株 (各植物が単性) になります。自家受粉する植物には、数種類のランやヒマワリなどがあります。タンポポは自家受粉と他家受粉が可能です。

自家受粉する花には、いくつかの利点があります。まず、特定の遺伝子型が環境によく適している場合、自家受粉は種の中でこの形質を安定させるのに役立ちます。受粉媒介物に依存しないため、蜂や風がどこにも見つからない場合でも自家受粉が起こります。自家受粉または他家受粉は、花の数が少ない場合や花の間隔が広い場合に有利です。自家受粉中、花粉粒は花から花へと伝わりません。その結果、花粉の無駄が少なくなります。また、自家受粉植物は外部の媒介者に依存しません。また、形質を変えることもできないため、種の特徴を純粋に維持できます。自家受粉は、同じ花からの配偶子が進化するため、親の形質を保存するのにも役立ちます。花は、花粉媒介者を引き付けるために、蜜や香りを出したり、色鮮やかである必要はありません。

自家受粉の欠点は、変化する環境や潜在的な病原体の攻撃に適応できない多様性の欠如から生じます。自家受粉は、有害な劣性突然変異の発現によって引き起こされる近親交配弱勢^[2]や、近縁種の交配による種の健康の低下につながる可能性があります。このため、自家受粉する可能性のある多くの花には、自家受粉を回避するか、せいぜい二の次になるようにする組み込みメカニズムがあります。自家受粉植物の遺伝的欠陥は遺伝子組み換えによって排除することはできず、子孫は配偶子で生じる偶然の突然変異を通じてのみ有害な属性を受け継ぐことを回避できます。

自然界では、開花植物の約 42% が混合交配システムを示しています。^[3] 最も一般的なシステムでは、個々の植物は単一の花を咲かせ、果実には自家受粉、異系交配、または子孫のタイプの混合が含まれる場合があります。別の混合交配システムは、二形性閉鎖花序と呼ばれます。このシステムでは、1 つの植物が、潜在的に異系交配された開放型の花と、閉鎖型で絶対自家受粉する閉鎖型の花の両方を咲かせます。^[4]

交配から自家受粉への進化的変化は、植物における最も一般的な進化的変化の1つです。顕花植物の約10〜15％は主に自家受粉します。^[5] 以下に、よく研究されている自家受粉種の例をいくつか示します。

パフィオペディルム・パリシイにおける自家受粉は、葯が固体から液体に変化し、受粉媒介物の助けなしに柱頭表面に直接接触することで起こります。^[6]

樹上性ラン科のHolcoglossum amesianum には、自家受粉の仕組みがあり、両性花が重力に逆らって葯を 360 度回転させ、花粉を自身の柱頭腔に送り込む。受粉媒介物や媒介物の助けは不要である。この自家受粉は、開花期に昆虫が乏しい無風で干ばつの状況に適応したものと思われる。^[7] 交配のための花粉媒介者がいないため、繁殖成功を確実にする必要性は、近親交配の潜在的な悪影響を上回ると思われる。このような適応は、同様の環境の種に広く見られる可能性がある。

マダガスカルのラン科Bulbophyllum bicoloratumの自家受粉は、遠位中央柱頭葉の一部として柱頭機能を回復したと思われる小花序によって起こる。^[8]

中国のハーブCaulokaempferia coenobialisでは、花粉の膜は油性乳剤によって葯（花粉嚢）から花柱に沿って横に滑り、個体自身の柱頭に運ばれます。^{[9]花柱に沿った花粉膜の横方向の流れは、重力ではなく油性乳剤の拡散特性のみによるものと思われます。この戦略は、} C. coenobialis の非常に日陰が多く湿気の多い生息地で花粉媒介者の不足に対処するために進化した可能性があります。

Capsella rubella（赤いナズナ） ^{[10] [11]は、5万年から10万年前に}自家受粉する種であり、自家受粉が何世代にもわたって持続する進化的適応であることを示しています。その交配祖先はCapsella grandifloraと特定されました。

シロイヌナズナは主に自家受粉する植物で、野生での交雑率は0.3%未満と推定されています。 ^[12] ある研究では、自家受粉はおよそ100万年以上前に進化したと示唆されています。 ^[13]

減数分裂に続いて自家受粉が行われると、全体的な遺伝的変異はほとんど生じません。このことから、自家受粉植物の減数分裂が、子孫を生産するためのより複雑でコストのかからない無性減数分裂プロセスよりも長期間（つまり、A. thalianaの場合のように約100万年以上）^[13]にわたって適応的に維持される理由について疑問が生じます。自家受粉植物で減数分裂が長期間維持される理由を説明するかもしれない適応的利点は、DNA損傷の効率的な組換え修復です。^[14] この利点は、各世代で実現できます（遺伝的変異が生じない場合でも）。

• 自家不和合性：自家受精を防ぐ遺伝的メカニズム
• 再生
• 単子葉植物の繁殖