找到梵高向日葵的基因

來自:閑暇時(shí)光主題站 作者:任圓圓 2013-10-10 17:33 7256次閱讀

找到梵高向日葵的基因

研究人員已經(jīng)鑒別出導(dǎo)致重瓣突變的基因，在1888年梵高所畫的向日葵油畫中存在一種變種（B，黑色箭頭表示），正常的向日葵（A）和另一種管狀花突變體（C）的圖片是為了與B進(jìn)行對(duì)比。

一組植物學(xué)家已經(jīng)鑒別出為重瓣突變——這種因荷蘭畫家文森特.梵高的向日葵系列作品而不朽的現(xiàn)象負(fù)責(zé)的基因。

梵高在1888年開始所畫的向日葵系列中，許多花卉缺乏像一般向日葵那樣顏色較深的中心部分，相反被金色的花瓣所代替。這并不是梵高的一種簡(jiǎn)單的藝術(shù)表現(xiàn)手法，而是忠實(shí)的再現(xiàn)了突變品種的向日葵。在3月29日發(fā)表在《PLoS遺傳學(xué)》（PLoS Genetics）上的一份 研究 論文中，來自美國(guó)佐治亞大學(xué)的研究人員表示，他們已經(jīng)確認(rèn)了造成這種變異的基因。

向日葵（ Helianthus annuus ）與其說是一朵花不如說更像是許多小花組合在一起。我們看到的向日葵是由兩種花聚合而成的。植物學(xué)上稱這種花的組成形式叫頭狀花序。在花盤邊緣一圈放射狀的“長(zhǎng)花瓣”稱為舌狀花，為無性花。它的顏色和大小因品種而異，擔(dān)負(fù)著引誘昆蟲前來采蜜授粉的作用?；ūP中間顏色深暗部分的的花為管狀花，為兩性花，負(fù)責(zé)交配受精，最后發(fā)育成果實(shí)，進(jìn)行繁殖的工作。結(jié)合兩種花的形態(tài)，就是我們一般印象中的大朵向日葵了，這樣的大個(gè)頭大概也更容易成為傳粉昆蟲的目標(biāo)吧。

花的對(duì)稱性的變化會(huì)影響植物與傳粉者的相互作用，對(duì)植物的生殖適應(yīng)有影響，梵高所繪的不同尋常的向日葵激起了佐治亞大學(xué)植物學(xué)家約翰伯克（John Burke）的好奇心。

開花植物的多樣性多被認(rèn)為和CYC類基因有關(guān)，這類基因是以 CYCLOIDEA 基因命名的。CYC類基因控制DNA轉(zhuǎn)錄并影響花的形態(tài)，比如對(duì)和向日葵同屬菊科的非洲菊或狗舌草，但這種基因?qū)ο蛉湛挠绊懳覀儏s知之甚少。

重瓣突變給遺傳學(xué)家?guī)砹艘粋€(gè)實(shí)際的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛羞@類特征的向日葵相對(duì)缺少花粉，這使它們繁育后代更為困難。為了克服這個(gè)難題，研究人員讓一個(gè)局部重瓣突變的向日葵與另一種野生的向日葵雜交，并令他們的后代自花傳粉。在這些后代中出現(xiàn)了新的“管狀花”突變型（圖C）。研究人員很快追溯到突變型與野生向日葵在基因 HaCYC2c 上的不同。在重瓣突變中這個(gè)基因被插入了一段DNA，在管狀花突變中這個(gè)基因被插入了兩次。

研究人員發(fā)現(xiàn)在重瓣突變體中第一次插入增加了 HaCYC2c 在所有植物組織的表達(dá)，并使中心花盤出現(xiàn)更多舌狀花。在管狀花突變體中，第二次插入停止了該基因的轉(zhuǎn)錄，防止了舌狀花的形成。

“這個(gè)基因似乎是決定向日葵的形態(tài)是放射狀還是圓盤狀的關(guān)鍵因素，”伯克說，“基本上，如果你把基因放在了錯(cuò)誤的地方上，它就會(huì)導(dǎo)致圓盤狀的花朵看起來像放射狀的。相反，如果你敲除了基因，它就會(huì)使放射狀的花朵看起來更像圓盤狀?！?

研究人員構(gòu)建了一個(gè)在不同種向日葵中追蹤 HaCYC2c 基因的系譜圖。結(jié)果顯示，該基因的突變是獨(dú)立演化、影響花卉形狀的。這也證實(shí)了先前其他向日葵研究的結(jié)論。

來自美國(guó)紐約州立大學(xué)水牛城分校的植物學(xué)家維克多.艾伯特（Victor Albert）沒有參與此項(xiàng)研究，艾伯特表示“其他植物也會(huì)用相同的工具來變同樣的戲法，在演化過程中這種基因曾多次突現(xiàn)?！?

向日葵可以通過自花傳粉和異花傳粉進(jìn)行生殖，因梵高而不朽的重瓣花突變不大可能是一種自適應(yīng)的特征，因?yàn)檫@種植物很難繁殖后代?！斑@種情況是與自然選擇相對(duì)立的”論文共同作者馬克.查普曼（Mark Chapman）說，“這大概只是一個(gè)隨機(jī)的突變?！?

查普曼說，因?yàn)檫@種突變所導(dǎo)致的突出外觀，人類植物育種工作者可能保存了這種品種。雖然這種突變有著顯著的缺點(diǎn)，但它還是為向日葵家族的演化史開啟了一扇窗口。

“我們對(duì)這種基因是如何改變和演化的十分感興趣，”伯克說，“基因突變是以個(gè)工具，允許我們不斷提出更多的問題。”