研究人員發現了控制花距發育的基因

2020-09-05 科學大觀園雜誌


無花距與有花距耬鬥菜種間雜交得到的有花距和無花距的子代耬鬥菜花。

新性狀的進化有助於生物最大限度地利用環境，並促進物種的多樣化。開花植物耬鬥菜有60~70種，分布在世界各地的溫帶草地、林地和山頂，以其獨特的花距而聞名。這種性狀對授粉、生態和該屬的進化都很重要。

更獨特的是，原產於中國中部山區的無花距耬鬥菜 （A. ecalcarata）是目前已知的唯一一種自然失去花距的耬鬥菜屬植物。

近日，來自美國加州州立大學和哈佛大學的一組研究人員利用這種無花距的植物，在最初沒有明顯候選基因的情況下，確定了控制耬鬥菜花距發育的關鍵基因，相關論文於8月26日發表在《美國國家科學院院刊》雜誌上。

在這項研究中，加州州立大學的Evangeline Ballerini助理教授、Scott Hodges教授以及哈佛大學的Elena Krame教授一起，首先重複了一個古老的試驗：他們將無花距的耬鬥菜和四種有花距的耬鬥菜進行了雜交。

雜交的結果證實，似乎有一個單一的隱性基因導致了花距的丟失，然而，該基因所在的區域包含了大約1000個基因。

通過借鑑Ballerini之前的工作，研究人員主要關注了關鍵基因組區域中那些在無花距時關閉，有花距時開啟的基因， Ballerini說：「不能保證這種方法能找到我們要尋找的基因。除了大量的實驗和分析，我們還需要一點運氣。」

在候選的1000個基因中，只有一個基因在植物沒有花距時關閉，有花距時開啟，並且在花距發育時期特異表達。這個被稱為POPOVICH （POP）的基因在有花距的物種中也被激活了，當在有花距的物種中關閉POP時，花瓣的花距就消失了。

「POP似乎出現在花距發育的初期，負責促進花距發育特定區域的細胞分裂，關閉POP，花瓣就會失去了通常會成為花距的細胞。」Kramer說。

這項研究已經確定了耬鬥菜花距發育中的關鍵基因，現在，研究小組正計劃通過觀察POP的進化，了解它在無花距耬鬥菜花瓣發育中的作用，來追蹤花距的進化過程，這將有助於我們了解花距的起源和改變。

在開花植物中，花距已經獨立進化了很多次。這項研究和其他研究表明，這些獨立的進化事件是通過不同的遺傳機制實現的，這並不奇怪。

Krame說：「雖然POP促進了耬鬥菜中花距的發育，但它對其他開花植物可能沒有促進作用。然而，它確實提供了一個模型來解決如何在基因組區域中識別單個基因的問題。」

這個控制花距發育的關鍵基因的鑑定可以使我們對遺傳程序有更廣泛的理解。Hodges說：「既然我們已經確定了這個基因，並且知道 POP是一種轉錄因子，接下來我們就需要確定POP的靶基因，這將告訴我們更多關於它如何發揮作用的信息。」

原創編譯：花花 審稿：西莫 責編：Max

期刊來源：《美國國家科學院院刊》

期刊編號：0027-8424

原文連結：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/hudo-rdg082620.php

版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

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