科學家發現植物進化研究新進展

【資料簡介】

新研究揭示一種調節植物繁殖的機制，為制造高產農作物提供了新的手段。此項研究發表在2013年3月1日Science雜志上，來自澳洲莫納斯大學的研究人員及其日本和美國的同事鑒定出一個特殊基因，調節在陸地上的植物的生命周期階段之間的過渡。

澳洲莫納斯大學生物科學教授約翰.鮑曼說植物與動物相比，在世代交替中采取不同的形式——一個具有一套基因，一個具有兩套基因。

“我們認為動物的身體是二倍體——每個細胞都有兩組DNA。在我們生命周期的單倍體階段包含卵和精子，如果是雌性就只有卵，如果是雄性就只有精子。相比之下，植物在單倍體和二倍體世代都有很復雜的機構，”鮑曼說。

這兩種植物體往往有非常不同的特征，直到19世紀中期，發明了更好的顯微鏡能夠進行進一步的研究，他們有時被認為是獨立的物種。

鮑曼博士及其同事敲除苔蘚植物中稱為KNOX2的一個基因。他們發現這使二倍體世代像單倍體世代一樣發展，這種現象稱為無孢子生殖。在人體中相同的突變將使我們整個身體轉變成卵或精子中的任何一個。

“我們的研究提供了深入了解陸生植物進化的兩個復雜的世代，大力支持了上世紀初提出的一個理論，即復雜二倍體是一種新型的進化，”鮑曼教授說。

原文摘要：

KNOX2 Genes Regulate the Haploid-to-Diploid Morphological Transition in Land Plants

Keiko Sakakibara,Sayuri Ando,Hoichong Karen Yip,Yosuke Tamada,Yuji Hiwatashi,Takashi Murata,Hironori Deguchi,Mitsuyasu Hasebe,John L. Bowman

Unlike animals, land plants undergo an alternation of generations, producing multicellular bodies in both haploid （1n: gametophyte） and diploid （2n: sporophyte） generations. Plant body plans in each generation are regulated by distinct developmental programs initiated at either meiosis or fertilization, respectively. In mosses, the haploid gametophyte generation is dominant, whereas in vascular plants—including ferns, gymnosperms, and angiosperms—the diploid sporophyte generation is dominant. Deletion of the class 2 KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX （KNOX2） transcription factors in the moss Physcomitrella patens results in the development of gametophyte bodies from diploid embryos without meiosis. Thus, KNOX2 acts to prevent the haploid-specific body plan from developing in the diploid plant body, indicating a critical role for the evolution of KNOX2 in establishing an alternation of generations in land plants.