新性状的进化有助于生物最大限度地利用环境，并促进物种的多样化。开花植物耧斗菜有60~70种，分布在世界各地的温带草地、林地和山顶，以其独特的花距而闻名。这种性状对授粉、生态和该属的进化都很重要。
更独特的是，原产于中国中部山区的无花距耧斗菜 （A. ecalcarata）是目前已知的唯一一种自然失去花距的耧斗菜属植物。
近日，来自美国加州州立大学和哈佛大学的一组研究人员利用这种无花距的植物，在最初没有明显候选基因的情况下，确定了控制耧斗菜花距发育的关键基因，相关论文于8月26日发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。
在这项研究中，加州州立大学的Evangeline Ballerini助理教授、Scott Hodges教授以及哈佛大学的Elena Krame教授一起，首先重复了一个古老的试验：他们将无花距的耧斗菜和四种有花距的耧斗菜进行了杂交。
杂交的结果证实，似乎有一个单一的隐性基因导致了花距的丢失，然而，该基因所在的区域包含了大约1000个基因。
通过借鉴Ballerini之前的工作，研究人员主要关注了关键基因组区域中那些在无花距时关闭，有花距时开启的基因， Ballerini说：“不能保证这种方法能找到我们要寻找的基因。除了大量的实验和分析，我们还需要一点运气。”
在候选的1000个基因中，只有一个基因在植物没有花距时关闭，有花距时开启，并且在花距发育时期特异表达。这个被称为POPOVICH （POP）的基因在有花距的物种中也被激活了，当在有花距的物种中关闭POP时，花瓣的花距就消失了。
“POP似乎出现在花距发育的初期，负责促进花距发育特定区域的细胞分裂，关闭POP，花瓣就会失去了通常会成为花距的细胞。”Kramer说。
这项研究已经确定了耧斗菜花距发育中的关键基因，现在，研究小组正计划通过观察POP的进化，了解它在无花距耧斗菜花瓣发育中的作用，来追踪花距的进化过程，这将有助于我们了解花距的起源和改变。
在开花植物中，花距已经独立进化了很多次。这项研究和其他研究表明，这些独立的进化事件是通过不同的遗传机制实现的，这并不奇怪。
Krame说：“虽然POP促进了耧斗菜中花距的发育，但它对其他开花植物可能没有促进作用。然而，它确实提供了一个模型来解决如何在基因组区域中识别单个基因的问题。”
这个控制花距发育的关键基因的鉴定可以使我们对遗传程序有更广泛的理解。Hodges说：“既然我们已经确定了这个基因，并且知道 POP是一种转录因子，接下来我们就需要确定POP的靶基因，这将告诉我们更多关于它如何发挥作用的信息。”
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