天天观热点：研究人员鉴别出导致重瓣突变的基因——梵高的向日葵

研究人员已经鉴别出导致重瓣突变的基因，在1888年梵高所画的向日葵油画中存在一种变种（B，黑色箭头表示），正常的向日葵（A）和另一种管状花突变体（C）的图片是为了与B进行对比。

一组植物学家已经鉴别出为重瓣突变——这种因荷兰画家文森特.梵高的向日葵系列作品而不朽的现象负责的基因。

梵高在1888年开始所画的向日葵系列中，许多花卉缺乏像一般向日葵那样颜色较深的中心部分，相反被金色的花瓣所代替。这并不是梵高的一种简单的艺术表现手法，而是忠实的再现了突变品种的向日葵。在3月29日发表在《PLoS遗传学》（PLoS Genetics）上的一份 研究 论文中，来自美国佐治亚大学的研究人员表示，他们已经确认了造成这种变异的基因。

(资料图)

向日葵（ Helianthus annuus）与其说是一朵花不如说更像是许多小花组合在一起。我们看到的向日葵是由两种花聚合而成的。植物学上称这种花的组成形式叫头状花序。在花盘边缘一圈放射状的“长花瓣”称为舌状花，为无性花。它的颜色和大小因品种而异，担负着引诱昆虫前来采蜜授粉的作用。花盘中间颜色深暗部分的的花为管状花，为两性花，负责交配受精，最后发育成果实，进行繁殖的工作。结合两种花的形态，就是我们一般印象中的大朵向日葵了，这样的大个头大概也更容易成为传粉昆虫的目标吧。

花的对称性的变化会影响植物与传粉者的相互作用，对植物的生殖适应有影响，梵高所绘的不同寻常的向日葵激起了佐治亚大学植物学家约翰伯克（John Burke）的好奇心。

开花植物的多样性多被认为和CYC类基因有关，这类基因是以 CYCLOIDEA基因命名的。CYC类基因控制DNA转录并影响花的形态，比如对和向日葵同属菊科的非洲菊或狗舌草，但这种基因对向日葵的影响我们却知之甚少。

重瓣突变给遗传学家带来了一个实际的挑战，因为有这类特征的向日葵相对缺少花粉，这使它们繁育后代更为困难。为了克服这个难题，研究人员让一个局部重瓣突变的向日葵与另一种野生的向日葵杂交，并令他们的后代自花传粉。在这些后代中出现了新的“管状花”突变型（图C）。研究人员很快追溯到突变型与野生向日葵在基因 HaCYC2c上的不同。在重瓣突变中这个基因被插入了一段DNA，在管状花突变中这个基因被插入了两次。

研究人员发现在重瓣突变体中第一次插入增加了 HaCYC2c在所有植物组织的表达，并使中心花盘出现更多舌状花。在管状花突变体中，第二次插入停止了该基因的转录，防止了舌状花的形成。

“这个基因似乎是决定向日葵的形态是放射状还是圆盘状的关键因素，”伯克说，“基本上，如果你把基因放在了错误的地方上，它就会导致圆盘状的花朵看起来像放射状的。相反，如果你敲除了基因，它就会使放射状的花朵看起来更像圆盘状。”

研究人员构建了一个在不同种向日葵中追踪 HaCYC2c基因的系谱图。结果显示，该基因的突变是独立演化、影响花卉形状的。这也证实了先前其他向日葵研究的结论。

来自美国纽约州立大学水牛城分校的植物学家维克多.艾伯特（Victor Albert）没有参与此项研究，艾伯特表示“其他植物也会用相同的工具来变同样的戏法，在演化过程中这种基因曾多次突现。”

向日葵可以通过自花传粉和异花传粉进行生殖，因梵高而不朽的重瓣花突变不大可能是一种自适应的特征，因为这种植物很难繁殖后代。“这种情况是与自然选择相对立的”论文共同作者马克.查普曼（Mark Chapman）说，“这大概只是一个随机的突变。”

查普曼说，因为这种突变所导致的突出外观，人类植物育种工作者可能保存了这种品种。虽然这种突变有着显著的缺点，但它还是为向日葵家族的演化史开启了一扇窗口。

“我们对这种基因是如何改变和演化的十分感兴趣，”伯克说，“基因突变是以个工具，允许我们不断提出更多的问题。”

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