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科学家发现编码花朵繁殖性状的超级基因

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粉报春(Primula farinosa,杜鹃花目报春花科报春花属植物)中的花柱异长(Heterostyly): 每个变种(morph)中柱头(♀)的位置相对应于另一个变种中的花药(♂)。

自从16世纪,中草药师、园艺师以及生物学家就知道,花朵的不同形态基于雄性和雌性性器官的位置。150多年前,达尔文将这种现象称为“花柱异长(heterostyly)”,这样可以防止传粉昆虫在同类型的花朵之间传粉。这似乎极其重要,因为花柱异长会导致不相关的植物之间异花受粉以及后代的变化,而这恰恰是促进自然选择的动力。

据说达尔文将花柱异长视为自己最重要的发现。现在,通过使用现代工具,生物学家发现了粉报春花朵中负责编码繁殖性状的超级基因,或者说是基因簇。达尔文正是在自己的后院种了这种植物,并将其用于实验验证自己的假设。

英国东英吉利亚大学(UEA)的研究人员主导了这项研究,他们得出结论,两种类型的花朵(“pin”,雌性柱头很长,雄性花药很短;“thrum”,雌性的部分被缩短,雄性器官被扩展)是出现在5170万年前的基因编码。这些关系密切的基因簇被称为超级基因,因为它们的共同作用控制着复杂的生物学机制。花柱异长超级基因被称为s位点(S locus)。

UEA 生物科学学院的Philip Gilmartin教授说:“我们不但确认了超级基因,还发现它是特定于其中一种花朵形式(thrum)的。这对于我们理解开花植物的一种关键的进化非常重要。这项研究回答了自从达尔文时代起就被提出来的一些问题。”

在对粉报春进行基因测序之后,研究人员发现,超级基因与粉报春花瓣的控制有关。在某一时刻这个基因复制,将自己插入S位点,突变后控制花药的位置。复制基因的发现非常重要,因为通过这种方法突变可以被确定日期。

Gilmartin说:“了解某物种花朵的发育和繁殖背后的基因扩展了我们对于整个授粉系统的知识,而这对于生物多样性和食物安全都至关重要。气候变化带来的挑战会影响植物、农作物以及传粉昆虫,更重要的是我们要理解传粉机制以及物种将会作出如何反应。”

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