松果揭示了花的进化过程

2020-08-31 190裸子植物

从南部非洲的菠萝百合到西澳大利亚的沼泽瓶灌木丛,到处都是开花的植物。也被称为被子植物,它们占所有陆地植物的90%。

松果揭示了花的进化过程

本周发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究为它们的遗传起源提供了新的见解,这是一种进化创新,松果揭示了花的进化过程,在1.3亿多年前迅速产生了多种多样的开花植物。此外,一朵具有类似睡莲的基因程序的花可能已经开始了这一切。

“睡莲和鳄梨花本质上是‘基因化石’,仍然携带着基因指令,使得裸子植物的球果能够转化成花朵,”盖恩斯维尔佛罗里达大学的共同首席研究员、生物学家道格·索蒂斯说。

研究背景

裸子植物是一组种子植物,包括针叶树和苏铁,它们产生“球果”作为生殖结构,其中一个例子就是著名的松果他说:“我们展示了第一批开花植物是如何从裸子植物球果中预先存在的遗传程序进化而来,然后发展成我们今天看到的开花植物的多样性。”在裸子植物球果中的一个基因程序被修改成第一朵花

但是,这是个谜。当单个球果为雄性或雌性时,如何从产生球果的植物中发育出同时包含雄性和雌性部分的花朵?研究人员说,解决办法是雄性裸子植物的球果几乎拥有一朵花的遗传线路。

不知怎么的,基因发生了变化,使得雄性球果也能产生雌性器官——而且,也许更重要的是,它能够产生艳丽的花瓣状器官,从而吸引了与蜜蜂等授粉媒介的新互动。

研究内容

研究人员分析了一系列进化上遥远的花——睡莲、鳄梨、加利福尼亚罂粟和一种经常被科学家用作模型的小型开花植物——拟南芥——中编码的遗传信息,发现了对单锥理论的支持。

一种不开花的种子植物,一种叫扎米娅的苏铁,它能制造松果状的结构而不是花,也在这项研究中得到了检验,松果揭示了花的进化过程。

佛罗里达自然历史博物馆馆长、佛罗里达大学进化遗传学家帕姆·索蒂斯说:“我们从花的特定花器官中提取了一种基本的遗传物质,RNA,在扎米娅的情况下,它的球果,来观察哪些基因是活跃的。”

然后,研究人员将这些器官的轮廓与一系列代表古代和近代开花植物谱系的物种相比较。”她解释说:“这种比较让我们看到了裸子植物所共有的花遗传程序的各个方面,它们来自何处,以及不同开花植物群之间的哪些方面是相同的,哪些是不同的。”

大多数被子植物的花有四个不同的器官:萼片,通常是绿色的;花瓣,通常是彩色的;雄蕊是产生花粉的雄性器官;心皮是产生卵子的雌性器官。然而,更古老的被子植物的花有一些器官,它们通过一系列渐进的进化改革相互融合。例如,睡莲的雄蕊产生花粉,但也可能是花瓣状的,色彩鲜艳,萼片和花瓣之间通常没有区别,相反,早期的花有被称为花被片的器官。

研究小组发现,睡莲和鳄梨的花器官间的遗传重叠程度非常显著,而罂粟和拟南芥的重叠程度较小。”换句话说,在早期被子植物群中,花器官之间的界限并不是那么清晰,在某种意义上,这些器官仍在被分类。

研究意义

这一发现挑战了研究人员的预期,即早期被子植物的每个花器官都会有一套独特的遗传指令,就像进化衍生的拟南芥一样。相反,这一发现增加了一个雄性球果负责世界上第一批开花植物的可能性,因为它们的遗传结构具有弹性。

道格·索蒂斯说:“在早花中,雄蕊在遗传学上与花被片没有太大区别。”我们今天所知道和喜爱的明显不同的花器官出现在开花植物进化的后期,而不是立即出现的。”

研究人员说,更好地了解早期被子植物花中的这些基因开关,有朝一日可以帮助医学或农业等其他学科的科学家

引用

National Science Foundation. "What 'pine' cones reveal about the evolution of flowers." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 December 2010. www.sciencedaily.com/releases/2010/12/101214111911.htm.

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