一個(gè)單基因的改變?nèi)绾螌?dǎo)致一種新品種的猴面花 _基因

含羞草屬植物的花色和形狀多種多樣。Credit: Yuan Mimulus Lab, Pete Morenus/UConn
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（by University of Connecticut）：猴面花發(fā)出各種各樣的顏色，從黃色到粉色到深紅色到橙色。但是大約五百萬(wàn)年前，它們中的一些失去了黃色。在2月10日出版的《科學(xué)》雜志上，康涅狄格大學(xué)的植物學(xué)家解釋了丟棄黃色素的遺傳過(guò)程，以及對(duì)物種進(jìn)化的影響。
猴面花以生長(zhǎng)在其他植物不能生長(zhǎng)的惡劣、富含礦物質(zhì)的土壤中而聞名。它們的形狀和顏色也是出了名的多樣化。Monkeyflowers也提供了一個(gè)教科書(shū)般的例子，說(shuō)明單基因的改變是如何創(chuàng)造出一個(gè)新物種的。在這種情況下，大約500萬(wàn)年前，一種猴面花失去了花瓣中的黃色色素，但獲得了粉紅色，吸引了蜜蜂來(lái)授粉。后來(lái)，一個(gè)后代物種積累了一種名為YUP的基因突變，恢復(fù)了黃色色素，導(dǎo)致了紅色花朵的產(chǎn)生。這個(gè)物種不再吸引蜜蜂。相反，蜂鳥(niǎo)給它授粉，從基因上隔離了紅色的花，創(chuàng)造了一個(gè)新的物種。
康涅狄格大學(xué)植物學(xué)家袁和博士后研究員梅良(現(xiàn)任華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授)與來(lái)自其他四個(gè)研究所的合作者，現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)確地展示了是哪個(gè)基因改變了，從而阻止了猴面花變黃。他們的研究發(fā)表在本周的《科學(xué)》雜志上，為新基因創(chuàng)造表型多樣性甚至新物種的理論增加了分量。
有問(wèn)題的YUP基因是在猴面花基因組的一個(gè)位點(diǎn)(區(qū)域)發(fā)現(xiàn)的，該位點(diǎn)有三個(gè)新基因。這些新基因在這一組以外的物種中沒(méi)有發(fā)現(xiàn) 。它們是來(lái)自猴面花基因組其他部分的其他基因的副本。特別是，YUP是一個(gè)與顏色無(wú)關(guān)的預(yù)先存在的基因的部分副本。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的遺傳學(xué)信念是，部分重復(fù)的基因調(diào)控著它們的來(lái)源基因；這些基因不太可能影響一個(gè)不相關(guān)的基因。梁決定無(wú)論如何都要研究這些基因到底在做什么，他反對(duì)袁的建議，因?yàn)樗J(rèn)為這是浪費(fèi)時(shí)間。但梁的堅(jiān)持得到了回報(bào):她發(fā)現(xiàn)YUP基因?qū)嶋H上是針對(duì)植物類胡蘿卜素的主要調(diào)節(jié)者，這種色素使猴面花和其他植物變黃。YUP產(chǎn)生了許多抑制類胡蘿卜素基因的小RNA 。很少有基因產(chǎn)生小RNA來(lái)影響對(duì)創(chuàng)造新物種很重要的性狀。

含羞草屬植物的花色和形狀多種多樣。Credit: Yuan Mimulus Lab, Pete Morenus/UConn
“這次經(jīng)歷真的教會(huì)了我，不要用‘傳統(tǒng)智慧’來(lái)約束自己是多么重要，”袁說(shuō) 。YUP不僅調(diào)節(jié)一個(gè)與其完全無(wú)關(guān)的基因；袁說(shuō)，同一位點(diǎn)的另外兩個(gè)基因也影響猴面花的顏色。
這三種基因的獨(dú)特性，只在少數(shù)密切相關(guān)的猴面花中發(fā)現(xiàn)，是新物種如何進(jìn)化的重要線索。
“幾乎每一個(gè)物種都有獨(dú)特的基因，被稱為‘分類單元特異性’，因?yàn)樗鼈冎辉谝恍∪何锓N中發(fā)現(xiàn) 。在很大程度上，我們不知道這些基因做什么， ”袁說(shuō) 。這項(xiàng)研究表明，這些分類群特有的基因可能是新物種的關(guān)鍵。以前，許多遺傳學(xué)家和進(jìn)化生物學(xué)家認(rèn)為，是許多不同物種共有的共同基因的表達(dá)變化使它們區(qū)分開(kāi)來(lái)，少數(shù)特殊基因不太可能是重要的。
“我們認(rèn)為我們對(duì)進(jìn)化的了解足以做出預(yù)測(cè) 。但是現(xiàn)在我們意識(shí)到我們真的不知道。袁說(shuō):“進(jìn)化就是如此不可預(yù)測(cè) 。
他的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在研究猴面花的基因組如何在空間上控制色素的產(chǎn)生。例如，一些猴面花的上部花瓣完全是白色的，而下部花瓣是彩色的。袁和他的同事們想知道這種植物是如何只在花的特定部位抑制色素的。