一个单基因的改变如何导致一种新品种的猴面花

含羞草属植物的花色和形状多种多样。Credit: Yuan Mimulus Lab, Pete Morenus/UConn

（蜘蛛网eeook.com）据美国物理学家组织网（by University of Connecticut）：猴面花发出各种各样的颜色，从黄色到粉色到深红色到橙色。但是大约五百万年前，它们中的一些失去了黄色。在2月10日出版的《科学》杂志上，康涅狄格大学的植物学家解释了丢弃黄色素的遗传过程，以及对物种进化的影响。

猴面花以生长在其他植物不能生长的恶劣、富含矿物质的土壤中而闻名。它们的形状和颜色也是出了名的多样化。Monkeyflowers也提供了一个教科书般的例子，说明单基因的改变是如何创造出一个新物种的。在这种情况下，大约500万年前，一种猴面花失去了花瓣中的黄色色素，但获得了粉红色，吸引了蜜蜂来授粉。后来，一个后代物种积累了一种名为YUP的基因突变，恢复了黄色色素，导致了红色花朵的产生。这个物种不再吸引蜜蜂。相反，蜂鸟给它授粉，从基因上隔离了红色的花，创造了一个新的物种。

康涅狄格大学植物学家袁和博士后研究员梅良(现任华南农业大学教授)与来自其他四个研究所的合作者，现在已经准确地展示了是哪个基因改变了，从而阻止了猴面花变黄。他们的研究发表在本周的《科学》杂志上，为新基因创造表型多样性甚至新物种的理论增加了分量。

有问题的YUP基因是在猴面花基因组的一个位点(区域)发现的，该位点有三个新基因。这些新基因在这一组以外的物种中没有发现。它们是来自猴面花基因组其他部分的其他基因的副本。特别是，YUP是一个与颜色无关的预先存在的基因的部分副本。

一个标准的遗传学信念是，部分重复的基因调控着它们的来源基因；这些基因不太可能影响一个不相关的基因。梁决定无论如何都要研究这些基因到底在做什么，他反对袁的建议，因为他认为这是浪费时间。但梁的坚持得到了回报:她发现YUP基因实际上是针对植物类胡萝卜素的主要调节者，这种色素使猴面花和其他植物变黄。YUP产生了许多抑制类胡萝卜素基因的小RNA。很少有基因产生小RNA来影响对创造新物种很重要的性状。

含羞草属植物的花色和形状多种多样。Credit: Yuan Mimulus Lab, Pete Morenus/UConn

“这次经历真的教会了我，不要用‘传统智慧’来约束自己是多么重要，”袁说。YUP不仅调节一个与其完全无关的基因；袁说，同一位点的另外两个基因也影响猴面花的颜色。

这三种基因的独特性，只在少数密切相关的猴面花中发现，是新物种如何进化的重要线索。

“几乎每一个物种都有独特的基因，被称为‘分类单元特异性’，因为它们只在一小群物种中发现。在很大程度上，我们不知道这些基因做什么，”袁说。这项研究表明，这些分类群特有的基因可能是新物种的关键。以前，许多遗传学家和进化生物学家认为，是许多不同物种共有的共同基因的表达变化使它们区分开来，少数特殊基因不太可能是重要的。

“我们认为我们对进化的了解足以做出预测。但是现在我们意识到我们真的不知道。袁说:“进化就是如此不可预测。

他的实验室现在正在研究猴面花的基因组如何在空间上控制色素的产生。例如，一些猴面花的上部花瓣完全是白色的，而下部花瓣是彩色的。袁和他的同事们想知道这种植物是如何只在花的特定部位抑制色素的。