发布时间: 2025-09-03

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进化如何构建基因，这些基因如何获得增强的表达，以及它们如何整合到现有的调控网络中以推动表型多样化，这些都是令人着迷的问题。

2025年9月2日，华中农业大学宁国贵团队在Cell 在线发表题为“A de novo-originated gene drives rose scent diversification”的研究论文，该研究揭示了自然界中一个全新基因“从零诞生”的多步骤过程，以及该基因对植物表型的影响机制。

该研究为两个蔷薇亚种生成了染色体水平的基因组组装，并对另外40个玫瑰种质进行了重新测序。对100多个月季种质的基因组分析揭示了多个进化步骤，导致月季谱系特有的分类群限制性基因SCREP的重新起源。广泛的转录组学、代谢组学和功能分析表明，在基因启动子中招募微型倒置重复转座因子（MITE）转座子导致表达升高，基因SCREP协调丁香酚的生物合成，SCREP的进化动力学解释了不同物种和品种之间玫瑰香味的变化。该研究为从头基因起源的机制、转座因子在基因表达中的作用以及分类群限制基因在表型多样化中的进化后果提供了见解。

基因的出现被归因于各种过程，包括基因复制分化、转座因子驯化、侧向基因转移、基因融合和裂变，以及非编码序列的从头起源。尽管从头起源曾经被认为是一种罕见的现象，但新的证据表明它发生的频率相当高。然而，只有少数研究报告了通过多个进化步骤从头开始构建基因。此外，对这些新形成的基因如何实现增强表达并整合到现有的基因调控网络中，从而影响表型进化的理解仍然有限。

蔷薇属（蔷薇科）包括分布在世界各地的200多种玫瑰。迄今为止，已经从大约10种野生祖先物种中培育出35000多种杂交玫瑰，其中大多数在气味特征方面处于劣势。主要由苯类/苯丙烷类和萜烯化合物组成的香料在阻止食草动物、吸引害虫天敌和促进植物成功适应不同环境方面发挥着至关重要的作用。在植物中，包括丁香酚在内的苯丙烯的花朵排放有助于吸引传粉者并抵抗真菌和细菌。据报道，感染寄生虫的蜜蜂更喜欢不含丁香酚的饮食，而不是含有丁香酚，这种偏好会影响传粉者介导的花性状选择。许多玫瑰的香味主要由芳香物质（苯烯类/苯丙烷类）。然而，玫瑰香味多样化的遗传基础仍然知之甚少。

机理模式图（图源自Cell）

全基因组测序技术极大地促进了系统基因组学分析和基因发现。在这里，研究人员组装了两个蔷薇亚种的高质量染色体水平参考基因组，并通过比较分析这两个参考基因组和100多种蔷薇物种的基因组重测序数据，鉴定了一个高度可变的基因组位点。该基因座包含一个分类单元限制性基因（名为SCREP），该基因在大约1680万年前（mya）作为蔷薇属内的谱系特异性基因出现。该研究发现了一个导致SCREP形成的多步骤过程。特别是将MITE转座子招募到这个从头开始的基因的上游序列中，导致许多蔷薇物种的表达增强。功能分析表明，SCREP通过调节苯丙烷途径上关键结构基因的表达来协调丁香酚的生物合成。此外，还观察到，SCREP和招募的MITE转座子在晚分化的蔷薇物种中都得到了有效的固定，在某种程度上，玫瑰香味的多样化取决于SCREP的进化。

转载自《iNature》