研究发现，不同植物的刺源于相同的基因，揭示了趋同进化的奥秘，并为农业应用带来新希望。

刺(科学上称为刺毛)是许多截然不同的植物上的常见特征。

那么它们是如何进化的呢？这个问题的答案是一个长期困扰生物学家的进化之谜的一部分。

现在，感谢《科学》杂志上发表的一项新研究，研究人员离揭开这个谜团又近了一步。

这项研究背后的国际科学家团队发现，相同的一组基因负责不同种类植物的刺。

从玫瑰到水稻，植物的刺有多种用途，包括防御、水分保持和攀爬。

尽管它们在外观上有相似之处，这些刺已知至少独立进化了28次——它们并非都来自一个共同的、有刺的祖先。这被称为趋同进化。

有些植物物种也进化出了失去刺的特性，这使它们在农业中非常实用。

“这种适应性到底是怎么回事？事实证明，我们几乎一无所知。”研究负责人、美国冷泉港实验室的博士后研究员James Satterlee博士说。

由于刺很常见，并且已独立进化和丧失，这使它们成为研究趋同进化的良好特征。

“你实际上是在问关于生命的基本问题——特征的进化。它们如何出现？如何被修饰？它们的潜在机制是什么？我们可以从这些理所当然的事物中学到什么？”美国冷泉港实验室的资深作者Zachary Lippman教授说。

研究人员研究了茄科植物的基因组。

这个属，也被称为茄科，包含来自全球各地的1500多种植物。最著名的茄科植物包括马铃薯、西红柿和茄子。

研究人员确定了一组与刺相关的基因家族，称为LONELY GUY或LOG。无刺茄子品种的LOG基因中存在某些突变。

这些基因负责制造一种促使植物细胞分裂和扩展的激素——细胞分裂素。

随后，研究人员将目光投向茄科之外，发现了在超过1.5亿年前分化的其他植物物种中也存在类似的LOG基因，包括玫瑰和水稻。

这表明，在分布广泛的植物群中，刺或无刺的基因原因可能是共同的。虽然这些植物分别进化出刺，但它们可能是通过相同的基因库实现的。

研究人员随后使用CRISPR技术培育了几种没有刺的转基因植物品种，包括西红柿、玫瑰和原产于澳大利亚中部的食用水果沙漠葡萄(Solanum cleistogamum)。

“我们也郑重承认，这里研究的一些物种是通过许多世纪的原住民管理和非西方栽培历史才得以获得的，”Saterlee说道。

虽然这项研究对我们理解趋同进化有着有趣的启示，但研究人员还发现了一个更实用的应用。

他们在论文中写道，他们的基因编辑技术可能成为“消除各种开花植物系中刺的一种可预测且高效的策略”。

“这种方法对于玫瑰尤其有前景，因为大多数切花品种都需要人工费力地去除刺，”研究人员写道。

本文译自 cosmosmagazine，由 BALI 编辑发布。

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