单基因变化如何导致猴花新物种

猴花会发出丰富的颜色，从黄色到粉红色再到深红橙色。但大约5万年前，其中一些失去了黄色。在10月<>日的《科学》杂志上，康涅狄格大学的植物学家解释了抛弃黄色素的基因发生了什么，以及对物种进化的影响。

猴花以生长在其他植物无法生长的恶劣、富含矿物质的土壤中而闻名。它们的形状和颜色也多种多样。猴花也提供了一个教科书式的例子，说明单基因变化如何产生一个新物种。在这种情况下，猴花物种失去了花瓣中的黄色色素，但在大约5万年前获得了粉红色，吸引了蜜蜂授粉。后来，一个后代物种在一个名为YUP的基因中积累了突变，该基因恢复了黄色色素并导致红色花朵的产生。该物种不再吸引蜜蜂。相反，蜂鸟给它授粉，从基因上分离出红色的花朵并创造了一个新物种。

康涅狄格大学植物学家袁耀武(Yaowu Yuan)和博士后研究员梅亮(现任华南农业大学教授)与其他四个研究所的合作者现在已经确切地展示了哪个基因发生了变化，以防止猴花变黄。他们的研究本周发表在《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。

所讨论的YUP基因是在猴花基因组的一个位点(区域)中发现的，该基因座有三个新基因。这些新基因在该组以外的物种中没有发现。它们是来自猴花基因组其他部分的其他基因的复制品。特别是，YUP是与颜色无关的预先存在的基因的部分复制品。

一个标准的遗传学信念是部分重复基因调节它们来源的基因;这些基因不太可能影响不相关的基因。梁决定无论如何都要调查这些基因在做什么，违背了袁的建议，袁认为这是浪费时间。但梁的坚持得到了回报：她发现YUP基因实际上针对植物的主要调节因子类胡萝卜素，类胡萝卜素是使猴花和其他植物变黄的色素。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的例子，这些基因影响对创建新物种很重要的特征。

“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不仅调节与其完全无关的基因;同一位点的另外两个基因也会影响猴花的颜色，Yuan说。

这三个基因的独特性，只在少数密切相关的猴花中发现，是新物种如何进化的重要线索。

“几乎每个物种都有独特的基因，称为'分类特异性'，因为它们只存在于一小群物种中。在大多数情况下，我们不知道这些基因是做什么的，“袁说。这项研究表明，这些分类单元特异性基因可能是新物种的关键。此前，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表达的变化使它们与众不同，而少量的特异质基因不太可能重要。

“我们认为我们对进化的理解足以做出预测。但现在我们意识到我们真的没有。进化是如此不可预测，“袁说。

他的实验室现在正在研究猴花基因组如何在空间上控制色素的产生。例如，一些猴花的上部花瓣完全是白色的，但下部的花瓣是彩色的。Yuan和他的同事们想知道植物如何只抑制花朵某些部位的色素。