華中農(nóng)大學(xué)者揭示植物基因起源新機制

湖北日報訊（記者韓曉玲、通訊員尚均忠、李潤慧、李亞軍）長期以來，科學(xué)界普遍認為，新基因是通過錯誤復(fù)制、融合或拆分已存在的基因而產(chǎn)生的。然而，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)寧國貴教授團隊經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，自然界中一個全新功能基因可以“從零開始”，經(jīng)過多步驟產(chǎn)生。

9月3日，在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室舉辦的園藝講堂特別活動中，寧國貴教授為師生們介紹了其團隊的最新研究成果——他們在月季花香的研究中，揭示了一個全新基因誕生的多步驟過程，以及該基因?qū)χ参锉硇偷挠绊憴C制。

寧國貴教授為師生介紹研究成果（通訊員徐行攝）

這一研究不僅為新基因的挖掘提供了新的研究范式，更為從頭設(shè)計新基因、改良生物性狀開辟了新思路。就在頭天深夜，該成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細胞》。

月季資源品類豐富，擁有數(shù)百個自然種和上萬個栽培種，具有重要的園藝價值，適合作為生物多樣性研究的模式植物。寧國貴教授團隊以月季為模式資源，研究發(fā)現(xiàn)了一個全新的基因，并命名為SCREP。研究證實該基因可以顯著抑制月季花的關(guān)鍵芳香物質(zhì)——丁香酚的合成。而這一新基因的誕生，是通過千百萬年多步驟“拼裝”而來。

大約6300萬年前，同為薔薇亞科物種的樹莓里驟然出現(xiàn)了一段無功能的“非編碼DNA”。直至1600萬年前，隨著薔薇屬物種植物的演化，這些零散片段逐步演變?yōu)榭删幋a蛋白質(zhì)的完整基因框架。而一個名為MITE的“跳躍基因”插入其啟動區(qū)，如同安裝了“能量電池”，促使SCREP增強表達，最終影響了薔薇屬植物花香。

該團隊對38種涵蓋野生種、古老栽培種及現(xiàn)代栽培種的薔薇植物進行基因測序與香氣成分分析發(fā)現(xiàn)，SCREP基因普遍存在于進化程度較高或經(jīng)人工選育的薔薇品種中。缺少該基因或其啟動區(qū)域未插入MITE“跳躍基因”（無“能量電池”）的植株，往往能釋放更濃郁的丁香酚香氣。這表明，SCREP基因的有無及表達強度，是塑造薔薇屬植物多樣花香“性格”的核心因素之一。

寧國貴教授介紹，該發(fā)現(xiàn)不僅為月季花香性狀的定向調(diào)控提供了理論依據(jù)，為新基因的挖掘提供了新范式，更具備廣闊的合成生物學(xué)應(yīng)用潛力。未來，有望突破傳統(tǒng)依賴已有基因進行改良組裝的技術(shù)局限，通過從頭創(chuàng)造新基因的方式，精準改良植物性狀。