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植物界中，很多親緣關系甚遠的物種會在自然選擇作用下表現出趨同進化現象，例如生活在干旱沙漠環(huán)境中的植物往往葉片退化成針狀，高山植物大多矮化成墊狀等，然而，大多數形態(tài)趨同進化的背后是否隱藏著分子水平的趨同進化仍是未解之謎。異型花柱是著名的花的多態(tài)性現象之一，表現為雌蕊與雄蕊的高度交互匹配，即交互式雌雄異位。這一花的多態(tài)性有利于促進植物的精確傳粉，避免雌雄干擾，同時伴隨的自交不親和系統(tǒng)也有助于保證異交以避免近交衰退，在促進植物的多樣性分化方面具有重要意義。異型花柱在被子植物28個科，199個屬中普遍存在，是植物界中典型的在形態(tài)和功能上發(fā)生趨同進化的案例。因此，探究異型花柱植物中是否發(fā)生分子水平的趨同進化有助于人們理解植物的繁殖器官——花的進化的約束機制。
中國科學院華南植物園研究員張奠湘研究團隊以鉤吻（Gelsemium elegans）為研究對象，結合基因組學、形態(tài)學、繁殖生物學等多重手段，鑒定得到了鉤吻中控制二型花柱發(fā)育的超基因（S-locus supergene）及其4個組成基因，并系統(tǒng)闡明了其遺傳結構和進化。結果顯示，在所有目前已研究的二型花柱植物中，二型花柱超基因均為半合子結構，表明二型花柱相關基因具有強烈的遺傳結構趨同進化。研究進一步發(fā)現，鉤吻中和報春花中控制花柱長度的基因均起源于同一個基因（CYP734A1）的復制，表明了在異型花柱這一花的形態(tài)趨同進化下存在基因水平的趨同進化。研究結果還表明，異型花柱植物中控制花柱長度的基因均參與油菜素甾醇代謝途徑，表明這一類激素在異型花柱植物發(fā)育調控過程中具有重要作用。
該發(fā)現不僅對二型花柱的進化和分子調控機制研究具有重要意義，而且為生物進化中“超基因”的起源提供了新的案例。相關研究成果于近期發(fā)表在《新植物學家》（New Phytologist）上。
來源：中國科學院華南植物園
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【來源：中科院之聲】
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