植物所花型調控的分子機制和重要花卉植物起源研究獲進展

2020-12-05 中國科學院

　　花卉的馴化被認為是植物在人工選擇下快速形態進化的典型案例。雖然人們在以往的研究中發現了大量控制農作物馴化症候群的關鍵基因，但花卉在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制尚不明確。

　　大巖桐（Sinningia speciosa）是一種重要的觀賞花卉，具有光彩奪目的輻射對稱花，曾受到達爾文的關注。野生大巖桐原產巴西，在適應熊蜂傳粉中，進化出向側部開放、背部雄蕊敗育的兩側對稱花。大巖桐約在200年前引進英國。在人工選擇下，栽培大巖桐產生向頂部開放的絢麗輻射對稱花。因此，研究栽培大巖桐頂開輻射花型的進化機制，對於理解花卉植物在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制具有重要意義。

　　中國科學院植物研究所王印政研究組通過解剖發現，大巖桐背部花冠筒基部產生的囊狀結構是決定野生大巖桐的花向側部開放的關鍵結構。遺傳學實驗及關聯分析顯示，大巖桐向頂部開放和輻射對稱花受單基因控制，TCP基因家族成員SsCYC第一個外顯子上10-bp的鹼基缺失與頂開輻射花型極為顯著的關聯。進一步研究顯示，SsCYC基因在野生大巖桐背部花器官和囊狀結構中特異性表達，特別在囊狀結構的橫切面呈梯度表達模式，從內表皮至外表皮表達量逐漸降低，導致了細胞的不對稱生長而產生了囊狀結構；該基因第一個外顯子上的鹼基缺失導致嚴重的移碼突變，產生功能完全缺失的蛋白，使得不對稱生長消失，這一突變被人工選擇從而產生了向頂部開放的輻射對稱花。通過對原始文獻的查閱、系統關係重建以及遺傳推演，研究人員確定來自裡約熱內盧的2個野生大巖桐居群可能是栽培大巖桐的祖先。

　　該研究展示了在選擇壓力下一個多效性基因簡單的遺傳突變促使花器官複雜精緻結構的協同進化，首次報導了花卉植物因人類審美而在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制，加深了人們對於重要花卉起源的認識。

　　相關研究成果發表在Molecular Biology & Evolution上。王印政研究組博士後董陽、博士研究生劉靜為論文共同第一作者，研究院王印政為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目、青年基金以及博士後特別基金的共同資助。

　　論文連結 

圖1.大巖桐花型的分子調控機制和馴化模型　　

圖2.野生型和栽培大巖桐的花部結構。A-D：野生型大巖桐，E-H：栽培大巖桐

　　花卉的馴化被認為是植物在人工選擇下快速形態進化的典型案例。雖然人們在以往的研究中發現了大量控制農作物馴化症候群的關鍵基因，但花卉在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制尚不明確。
　　大巖桐（Sinningia speciosa）是一種重要的觀賞花卉，具有光彩奪目的輻射對稱花，曾受到達爾文的關注。野生大巖桐原產巴西，在適應熊蜂傳粉中，進化出向側部開放、背部雄蕊敗育的兩側對稱花。大巖桐約在200年前引進英國。在人工選擇下，栽培大巖桐產生向頂部開放的絢麗輻射對稱花。因此，研究栽培大巖桐頂開輻射花型的進化機制，對於理解花卉植物在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制具有重要意義。
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　　該研究展示了在選擇壓力下一個多效性基因簡單的遺傳突變促使花器官複雜精緻結構的協同進化，首次報導了花卉植物因人類審美而在人工選擇下產生典型觀賞特徵的分子進化機制，加深了人們對於重要花卉起源的認識。
　　相關研究成果發表在Molecular Biology & Evolution上。王印政研究組博士後董陽、博士研究生劉靜為論文共同第一作者，研究院王印政為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目、青年基金以及博士後特別基金的共同資助。
　　論文連結 

圖1.大巖桐花型的分子調控機制和馴化模型　　

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