破解茜草科异形花柱多态谜团的新研究

各种各样的花从何而来?科学家发现，传粉昆虫的“爱”是主要驱动力!近日，在国家自然科学基金等项目的支持下，中国科学院华南植物园研究员罗世孝团队成功解开了茜草科异形花柱的多态性谜团:生长素基因成为关键的“开关”。相关成果发表在新植物学家身上。(New Phytologist)。

第一作者、中国科学院华南植物园副研究员袁帅表示，进化生物学的关键谜题之一是同一特性趋同进化背后的基因密码是否相同。

据报道，异形花柱现象堪称植物花卉结构的精致设计:同一物种的人群中有两三种花卉类型，雌蕊和雄蕊的高度相辅相成(如高柱头配矮花药、矮柱头配高花药)。这种花卉结构的“互动异位”不仅可以促进花粉的准确传递，促进异株的授粉，保持物种的多样性，还可以减少花粉的影响，防止近亲繁殖。异形花柱是植物花卉结构的多态性现象，至少在被子植物的28个科目中被发现，其中茜草科最常见的属性和种类有异形花柱的性系统，但由于调节花柱的长度。

研究人员以茜草科玉叶金花属为研究对象，通过从头组装基因组、比较基因组、人群基因组、转录组、系统发育等方式，对玉叶金花属异形花柱发育超基因的结构及其发源演变规律进行了鉴定。

这项研究表明：控制玉叶金花属异形花柱发育超基因由三个紧密连锁的基因组成(MuIAA，MuGA3ox，MuAPs)构成，并且仅存在于短柱花个人中，呈半合子结构;由于半合子结构造成的重组抑制，S-与两侧区域相比，locus所在的基因组区域的重复序列显著高于两侧区域;S-locus超基因是通过逐渐复制基因并插入该区域而产生的，其中，在茜草科分化之前，MuGA3ox是在茜草科物种分化之后复制的;超基因中的生长素响应基因，称为MuIAA，在短花柱的雌蕊和花筒中高度活跃，是调节花柱长度的候选基因。

这项研究不仅证实了分子中异形花柱演变的趋同机制。(S-locus的一般半合子结构)首次揭示了生长素相关基因在调节花柱长度方面的核心作用。未来的科学问题包括为什么一些植物群体更容易演变成异形花柱。激素代谢通道如何影响这种精致结构的存在?这些发现将为分析植物多样性的发源打开新的窗口。