Science封面 | 袁耀武/梁梅揭示猴面花中一个经典物种形成位点的分子调控机制

分类单元特异性小RNA位点在真核生物基因组中广泛存在，但它们在谱系特异性适应、表型多样化和物种形成中的作用尚不清楚。

2023年2月9日，美国康涅狄格大学袁耀武及梁梅（现任职华南农业大学）在Science杂志发表题为“Taxon-specific, phased siRNAs underlie a speciation locus in monkeyflowers”的封面文章，该研究报道了猴花(Mimulus)的一个物种形成位点YELLOW UPPER (YUP)，它包含一个倒置重复区域，以相控模式产生小干扰RNA (siRNAs)。尽管这种反向重复来源于一个与花色素沉着无关的蛋白质编码基因的部分重复，但其中一个siRNAs靶向并抑制了花类胡萝卜素沉着的主要调控因子。

总之，该研究表明YUP在Mimulus的一个亚分支中作为“超位点”出现了两个蛋白质编码基因，控制了花的其他方面，并促进了后代物种的表型多样化和传粉媒介的物种形成。

相关生物共享发育调节基因;形态多样性通常是由这些共享基因的功能或表达模式的变化产生的。然而，对整个生命树的全基因组测序显示，新的基因确实在特定的生物群体中进化。目前尚不清楚的是，这些“分类单元限制”基因是否会影响遗传它们的生物的后续进化，包括谱系特异性适应、形态多样化和物种形成。

Mimulus lewisii复合体包含几个密切相关的物种，具有三种不同的授粉综合征，包括大黄蜂授粉的Mimulus parishii，和蜂鸟授粉的Mimulus cardinalis。在Mimulus和cardinalis同花的地方，它们因传粉者偏好而繁殖隔离。花朵颜色位点YELLOW UPPER (YUP)被证明是自然栖息地传粉者选择的主要贡献者:在近等基因系(near-isogenic line，NIL)中，M. lewisii YUP等位基因被M. cardinalis版本所取代，减少了大黄蜂的访问，增加了蜂鸟的访问，产生了传粉者的转移。因此，YUP是单一基因座引起传粉媒介介导的生殖隔离和物种形成的一个例子。

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YUP决定了花瓣上表皮中黄色类胡萝卜素的存在与否。先前使用乐氏分枝杆菌和红雀分枝杆菌杂交的遗传分析表明，乐氏分枝杆菌的显性YUPL等位基因抑制了粉红色花冠中类胡萝卜素的积累，但在黄色花蜜引导中可能不表达YUP。隐性基因YUPC使类胡萝卜素沉积在整个花冠中;这与高浓度的花青素一起产生了鲜红色，这是由R2R3-MYB基因花瓣叶花青素(PETAL LOBE ANTHOCYANIN, PELAN)调控的。

在这项研究中，研究人员针对三种不同授粉特性的猴面花物种，直接摒弃基于M. lewisii 与M. cardinalis构建杂交群体发掘YUP 位点的传统方法，巧妙引入自花传粉的M. parishii，将这三个物种经一系列杂交、回交和自交，并适时结合表型和基因型选择，成功获得了Mlew_yupC/CpelanP/P近等基因系。再通过对相关材料进行基因组测序组装、共线性分析、功能验证和遗传进化分析等确定了YUP 候选基因。

研究显示，猴面花(Mimulus )的这个经典物种形成位点YELLOW UPPER (YUP)为物种特异性小RNA位点它包含一个反向重复区域，可以产生阶段性的小干扰RNAs (siRNAs)。其中一种siRNA 通过抑制类胡萝卜素生物合成和有色体发育的主要调节因子来调控花的色素沉着。YUP与另外两个基因一起在大约五百万年前起源于Mimulus一个亚分支的共同祖先，作为一个“超级位点”控制花朵颜色，并在后代物种的花色多样化和传粉媒介介导的生殖隔离中发挥了关键作用。这些结果证明了物种特异性非编码基因在后续生物进化中的重要性。

YUP-SOLAR-PELAN超位点是Mimulus的一个亚分支，有助于花色的多样化（图源自Science）

综上所述，该研究分离出Mimulus的物种形成位点YUP，它是一种分类单元限制的非编码基因，可产生分阶段的siRNAs。其中一种siRNAs通过转录体裂解和翻译抑制抑制类胡萝卜素积累的主要调节因子RCP2。自大约500万年前起源以来，YUPSOLAR-PELAN超级位点就为后代物种的花朵颜色多样化和适应不同的授粉模式做出了贡献。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf1323

转自：“iNature”微信公众号

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