科学家确定了多刺玫瑰和其他多刺植物背后的基因

每朵玫瑰都有它的刺，其他常见的植物，如水稻、覆盆子和黑莓，也有尖锐的尖刺。在植物学上，这些尖锐的防御被称为“刺”，植物用它们来保护自己抵御饥饿的食草动物。

然而，直到现在，人们才完全了解这些刺是如何在各种不密切相关的植物物种中进化而来的。一组研究人员最近发现，刺的基因编码在不同的植物科中是相同的，即使它们独立进化了这种特性。研究结果于 8 月初发表在该杂志上科学.

“这并不是说有一个共同的祖先有刺，然后它向外辐射了 4 亿多年，辐射到所有其他祖先，然后它们偶尔消失了。事实上，看起来它们似乎很容易在不同的谱系中获得，“该研究的合著者扎卡里·利普曼冷泉港实验室的植物生物学家说美国有线电视新闻网 （CNN的泰勒·尼乔利。

根据这项研究，玫瑰和其他植物上的刺在 4 亿年中至少独立进化了 28 次。虽然这意味着带刺机制无法追溯到共同的祖先，但了解该性状的遗传起源可以帮助园艺家在未来培育无刺植物品种。

识别共同基因

为了找到导致荆棘的基因，科学家们调查了茄属属。这些植物被称为茄属植物，包括 1,500 多个物种，包括西红柿、茄子和土豆等常见的烹饪最爱。据 CNN 报道，该属中刺的出现可以追溯到 600 万年前。

该团队杂交了茄子的品种——一种被称为茄子的养殖物种，没有刺，还有一个带刺的野生亲缘种——发现只有一些杂交后代最终长出了刺，卡尔·齐默 （Carl Zimmer） 报道纽约时报.他们发现，有刺的茄子携带着一种叫做 LONELY GUY 或 LOG 的基因的相同特异性变异，而那些没有刺的茄子则有基因突变。根据陈述来自冷泉港实验室。

接下来，研究人员专注于其他植物中的 LOG 基因，这些基因在大约 1.5 亿年前与进化树上的茄科分化而来。在科学文献中，他们发现 LOG 基因与水稻中的刺之间存在联系。在实验中，他们沉默了玫瑰中的 LOG 基因，这反过来又抑制了刺的发展。

尽管 LOG 基因负责植物的生长，但研究人员可以在不对植物产生负面影响的情况下操纵 LOG 基因，因为植物有多个拷贝。编码刺的基因可以关闭，而其他 LOG 基因仍能编码植物的发育。

虽然各种植物共享 LOG 基因，但它们在称为收敛进化.趋同进化是指物种以相似的特征适应其环境，在本例中是荆棘，但没有密切相关。

这些发现强调了植物进化如何随着时间的推移而创新，有时甚至以意想不到的方式进行创新。“在许多情况下，创新可能只是反映了以新的方式重用旧基因，”他说薇薇安爱尔兰人耶鲁大学的进化生物学家没有参与这项研究，他向纽约时报.

无刺植物的未来

在确定 LOG 基因会导致刺生长后，科学家们使用基因编辑技术 CRISPR 将其从植物中切下，有效设计没有刺的西红柿和玫瑰，Ellen Phiddian 写道宇宙.通过这种方式，这一新发现可以用来生产没有刺的植物，使园丁更容易采摘玫瑰而不会被刺伤。

去除其他植物的刺可以使某些多刺物种在杂货店更容易获得。例如，沙漠葡萄干是原产于澳大利亚的浆果，生长在多刺的灌木丛中。据 CNN 报道，通过创造无刺品种，这种水果可以变得更容易收获，并且更容易在全球范围内获得。

“这真的是关于拥有更多的知识......并了解突变对于以我们吃的食物的规模提供我们吃的食物有多么重要，并知道那里有更多的潜力，“利普曼告诉该出版物。