从歪脑袋到被扳直,这花这些年都经历了什么?

作者: 王印政

来源: 中国科学院植物研究所

发布日期: 2018-06-28 07:30:00

本文详细介绍了大岩桐从野生种到栽培种的驯化历史,特别关注了其花型从侧向开放的两侧花转变为顶向开放的辐射花的遗传机制,揭示了单基因控制的分子调控进化机制。

在花卉市场,如果想买一些养护简单但是开花很好看的植物,或许你可以考虑下面这种散发着富贵气息的大花——大岩桐。大岩桐是很适合在室内养护的开花盆栽,需要的光照不多,即便是在窗台上养护也没有关系,每天有一点点的散射光就能满足它的生长需求。

花卉大岩桐(Florist’s Gloxinia),也通常被称为达尔文反常整齐花大岩桐,是欧美最为流行的花卉植物之一。目前,花卉大岩桐品种繁多,遍布世界各地,也是中国花卉市场的主要花卉之一。

大岩桐(Sinningia speciosa)是隶属于苦苣苔科(Gesneriaceae),大岩桐亚科(Gesnerioideae)的大岩桐属(Sinningia)植物,主要分布于巴西热带雨林开阔的湿润岩壁上。它于1815年首次被发现,1817年以后被当作花卉频繁引进到英国。

但是,如果你仔细观察会发现,野生的大岩桐和栽培的大岩桐的花是很不一样。野生大岩桐和花卉大岩桐最突出的辨别特征在于,野生大岩桐是侧向开放的两侧花,而花卉大岩桐则是顶向开放的辐射花。也就是说,野生大岩桐是歪脑袋的,栽培大岩桐是“被扳直”的。

大岩桐从其野生种被发现到第一朵顶向开放辐射花(或称反常整齐花)的出现只有30年左右时间,并且达尔文注意到反常整齐花是可以通过种子遗传的。野生大岩桐为什么在这么短时间内就产生了可遗传的性状?科学家们一直在探索。

最近,中科院植物研究所王印政研究团队发现了野生大岩桐的花向侧面开放的关键结构,那就是花冠筒基部背侧产生的囊状结构。遗传学实验及关联分析显示,花卉大岩桐的花向顶部开放和辐射对称受单基因控制。TCP基因家族成员SsCYC第一个外显子上10-bp的碱基缺失与顶向开放辐射花型显著关联。

进一步研究显示,SsCYC基因在野生大岩桐背部花器官和囊状结构中特异性表达,特别在囊状结构的横切面呈梯度表达模式,从内表皮至外表皮表达量逐渐降低,导致细胞的不对称生长,从而产生了囊状结构。该基因第一个外显子上的碱基缺失导致严重的移码突变,产生功能完全缺失的蛋白,使得不对称生长消失。这一突变被人为选择,便产生了顶向开放的辐射花。

科研人员重建了大岩桐的驯化历史。花卉大岩桐的驯化开始于十八世纪早期,顶向开放辐射花的大岩桐首次于1847年被报道,出现在达农园艺植物展上,杂交者为Fyfe先生。其大而夺目的花型几乎吸引了所有人的眼球,并且在随后的一段时间内很多人将其作为父本,希望通过杂交将其反常整齐花的特性引入到其他品系中。

根据Fyfe先生回忆,他的顶向开放辐射花大岩桐是源自于1844年大花大岩桐(G. maxima)和粗茎大岩桐(G. caulescens)的杂交子代。研究者发现,该辐射花等位突变为隐性,只有在纯合情况下才具有表型。因此,第一朵花卉大岩桐(G. fyfiana)产生的必要条件是大花大岩桐(G. maxima)和粗茎大岩桐(G. caulescens)均携带一个辐射花隐性等位突变。

综上所述,导致第一朵花卉大岩桐产生的SsCYC基因的辐射花隐性等位突变(Sscyc, 10-bp碱基缺失)正是产生在人们对粗茎大岩桐的栽培或杂交过程中(1820-1832)。该突变由粗茎大岩桐通过白花大岩桐,传递给大花大岩桐,并一直保持杂合状态。

直到1844年,一次偶然的机会Fyfe先生将杂合的大花大岩桐,与最原先发生隐性突变的粗茎大岩桐再次进行杂交时,便产生了纯合的突变体,即第一朵顶向开放辐射花的花卉大岩桐从此诞生。

UUID: 82bd0248-cc8f-4e12-8adc-7fd6490a145d

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院之声公众号-pdf2txt/2018/中科院之声_2018-06-28_从歪脑袋到被扳直,这花这些年都经历了什么?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0050 元