科技日报记者 赵汉斌
于有花植物中，牝牡异熟是指统一朵花的雌蕊与雄蕊于差别时间成熟，这一机制能有用防止自交、促成异交，从而维持种群的遗传多样性。但毕竟是哪个遗传“开关”节制了这类异型牝牡异熟？其份子作用机制为什么？此前，于科学界，还有一直是个谜。
近期，由云南农业年夜学、云南年夜学等多家单元结合完成的一项研究，初次鉴定出节制植物“花柱卷曲性”的要害基因，阐了然有花植物防止自交、促成异交的份子调控机制。这一发明为理解植物性体系演化提供了新视角，也为作物育种改进提供了潜于靶点。10月7日，国际权势巨子期刊《天然·植物》于线发表一项主要研究结果。
从“花柱运动”征象到基因定位
尽人皆知，植物“牝牡异熟”，重要是防止自花授粉。自达尔文时代起，这一征象就备受存眷，但其份子调控机制持久未明，成为百年谜题。其要害障碍于在大都物种的牝牡异熟类型是固定的，要末雌先熟，要末雄先熟，缺少可用在遗传学解析的分散质料。
此前，已经故植物生态学家李庆军团队发明，姜科山姜属植物的“花柱卷曲性”是抱负研究模子——其种群中存于两莳花型：花柱向上卷曲的雌蕊先熟型及花柱向下卷曲雄蕊先熟型，两者以1:1比例共存，且逐日同步举行标的目的相反的节律性运动，精准实现异花授粉。
随后，由云南年夜学、云南农业年夜学、中国科学院西双版纳热带植物园、加拿年夜多伦多年夜学、美国史姑娘研究所国度天然汗青博物馆、普洱学院等多家单元构成研究团队，历经近十年攻关，起首经由过程对于多个山姜属物种的天然种群查询拜访与人工授粉试验，证明“花柱卷曲性”遵照经典孟德尔遗传纪律，即由单一基因位点节制：雌先熟为显性杂合基因型，雄先熟为隐性纯合基因型。使用基因组测序与联系关系阐发，团队终极将节制基因定位于8号染色体结尾的“牝牡异熟决议区”，并发明该区域存于显著布局差异——雌先熟花型中插入了一段包罗完备转座子的年夜片断DNA，而雄先熟花型则存于对于应缺掉。
进一步阐发显示，两莳花型于该区域存于显著的基因组布局差异，“牝牡异熟决议区”呈半合子布局。与雄先熟比拟，雌先熟于“牝牡异熟决议区”区域多出一段包罗完备LTR转座子的年夜片断插入，而雄先熟于响应位置体现为缺掉。
调控牝牡器官节律有“份子开关”
研究团队经由过程阐发马来良姜牝牡器官于一天中差别时间点的基因表达节律，他们发明，只有一个此前未报导的新基因，恰是要害的“开关”，它所表达的节律，与花柱的逐日运动及花药的开裂时间高度同步，被其定名为SMPED1。
于功效验证方面，经由过程瞬时按捺试验，研究团队发明下调该基因表达后，花柱的节律性运动彻底住手；从模式植物验证方面，研究职员将该基因导入拟南芥，它可以使花药提早数小时开裂，从而证实其直接调控雄蕊的成熟时间。
进一步研究展现，SMPED1基因于所有有花植物中高度守旧，原本可能仅介入花药开裂调控。而山姜属植物中，转座子插入致使的基因表达模式转变，使其演化出同时节制雌蕊运动及雄蕊成熟的“多效性功效”，形成为了怪异的“花柱卷曲性”。
“这一新的研究，初次阐了然牝牡异熟征象的份子机制，证明转座子介导的基因组布局变异是鞭策植物生殖计谋演化的要害动力。”论文第一作者、云南农业年夜学传授董扬先容，这一结果不仅鉴定出要害新基因，阐明植物牝牡异熟的发源与维持机制和其顺式调控与演化配景，为理解被子植物牝牡异熟的发源与维持机制提供了新的看法；更为要害的是，新研究还有展现转座子于基因组布局变异及调控重塑中的要害作用，为作物育种提供新的理论依据与技能靶点。
（云南农业年夜学供图）
-XPJ(中国大陆)