2026-03-11 02:16:02
■中国科学报记者 李思辉 实习生 张鸿悦 植物于漫长的顺应性进化历程中，催生出富厚多元的物种谱系。这些物种既同享植物界的焦点生物学特性，又各自携带怪异的“遗传印记”。 “基因决议性状”是当宿世命科学领域广泛认可的共识。但于进化维度上，一个要害谜题始终悬而未决：植物怎样重新孕育发生新基因，并将其乐成整合进基因组，进一步塑造为“功效成熟”的基因单元，终极推动物种于进化历程中揭示出差异化的表型特性？ 9月2日，《细胞》于线发表了华中农业年夜学教授宁国贵团队的一项研究结果，该研究展现了月季喷鼻气基因起源的新机制。这是中国科学家于《细胞》发表的第一篇关在月季研究的文章。 研究团队以月季资源为模式质料，缭绕调控月季花喷鼻的一个新基因睁开体系研究，展现了天然界中全新基因从零构建的完备历程，阐了然该新基因实现表达增强的份子机制，以和其驱动表型效应孕育发生的内涵逻辑。 宁国贵（右）及博士生李亚军。张鸿悦/摄 藏于蔷薇家族中的花喷鼻“调控师” 于对于差异月季资源喷鼻气特性的研究中，宁国贵团队聚焦木喷鼻花的两种喷鼻型变种，经由历程基因组成的邃密对于比，乐成判定出一个此前未被报导的全新基因，并将其定名为SCREP。 进一步研究展现，该基因于繁杂的基因组中具有怪异的“存活机制”：一旦启动表达，便能显著按捺要害芬芳物资——丁喷鼻酚的生物合成，揭示出对于喷鼻气代谢通路的强效调控作用。 更具科学意义的是，该新基因的起源模式打破了传统认知——它并不是经由历程过错复制旧基因、融会或者拆分现有基因孕育发生的，而是从一段原本无功效的“非编码 DNA”片断中全新演化形成。 宁国贵先容，SCREP的形成并不是一步到位，而是于进化中历经了多法式精良“拼装”。约莫6300万年前，同为蔷薇亚科物种的树莓中初次泛起了SCREP外显子片断，但其时这些片断另有只是缄默沉静的“基因积木”，未形乐成能序列，没法介入心理历程。 直到约1600万年前，随着蔷薇属植物的进一步演化，这些零星的DNA片断于基因组中逐渐蜕变、整合与重组，终极构建出可编码卵白质的完备基因框架，SCREP自此正式登上进化舞台，具有了阐扬功效的基础结构。 仅有完备框架仍不足以使SCREP阐扬强盛功效。研究职员发现，一段名为MITE的“跳跃基因”插入了SCREP的启动区域，犹如为其装上“能量电池”。 这一插入事务不仅使SCREP于蔷薇花中稳定表达，另有助力其于蔷薇家族的繁衍中实现代代遗传，甚至于部门个体基因组中复制出多个副本，扩展了基因的作用规模。 新基因怎样精准调控月季花喷鼻 据宁国贵先容，丁喷鼻酚是多种喷鼻型月季的焦点物资，其合成历程依靠4个要害酶基因的协同作用——RbCOMT一、RbCCR一、RbEGS2及RbREF1。这4个基因犹如花喷鼻“生产线”上的“焦点元件”，SCREP则于这条生产线上饰演“精准调治员”的脚色。 一方面，它会按捺COMT、CCR、EGS这3个元件的活性；另外一方面，它能激活REF1这一元件，从而邃密调控丁喷鼻酚和其前体物资的堆集。实验证实，SCREP的功效可整合到植物苯丙烷代谢收集，直接影响丁喷鼻酚的生物合成。 为验证SCREP基因功效于蔷薇家族中的守旧性和于植物中的广泛性，研究团队进一步开展了跨物种试验：从木喷鼻花、月季、玫瑰等4种代表性蔷薇植物中提取SCREP，将其导入原本不含该基因的草莓与矮牵牛中。 结果显示，导入SCREP的草莓、矮牵牛，其体内丁喷鼻酚含量均显著降低，证实SCREP是一个功效守旧的“喷鼻气开关”，可于差异植物中稳定阐扬作用。 此外，于涵盖野生种、古老栽培种和现代栽培种的喷鼻气身分分析中，研究团队另有发现一个纪律：SCREP广泛存于在进化水平较高或者经人工选育的蔷薇品种中；而那些缺乏SCREP或者其启动区域未插入MITE“跳跃基因”的野生和栽培种，往往能开释更多丁喷鼻酚挥发物资。 “这也注解，SCREP的有没有和表达强度，恰是塑造蔷薇属植物多样花喷鼻“性格”的焦点因素之一。”宁国贵说。该研究不仅解答了“为何有的花不喷鼻”的问题，更初次完备纪录了一个新基因从“零”到“成熟功效基因”的全历程，清楚泛起了基因起源的特殊路径。 相干专家体现，这一研究结果为科研职员重新理解新基因的形成机制、功效进化路径和表型剖析机制提供了理论依据，也为重新设计并合成具有特定功效的全新基因提供了新思绪。 相干论文信息： https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.011 《中国科学报》 (2025-09-05 第1版 要闻)
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