当科学界长期笃信新基因只能通过复制、融合旧基因诞生时,我国科学家的三项突破性研究,如三把钥匙打开了植物基因 “从零诞生” 的神秘黑箱。从拟南芥中抗旱的 “孙悟空” 基因,到月季花香调控的 “SCREP” 基因,再到 6 亿年前绿藻的 “细菌基因借用” 事件,这些发现彻底重构了人类对植物基因起源的认知图景。


中国科学院植物研究所郭亚龙团队的研究,为 “全新基因” 的功能整合提供了鲜活样本。他们聚焦的 SWK 基因(被科研人员亲切称为 “孙悟空”),由 65 个氨基酸构成,仅含一个 α 螺旋和一段无序序列,却能在渗透压胁迫下显著提升拟南芥种子萌发率。这个诞生于拟南芥属演化过程中的 “新生命”,并非孤立存在 —— 它通过与复制产生的 cytHPPK/DHPS 基因协作,同时调控叶酸合成与抗逆两条通路,如同两位舞者默契配合,在代谢网络的舞台上跳出全新舞步。更令人惊叹的是,SWK 在非洲拟南芥自然群体中的分布,与干旱环境呈现精准相关性,证明这类 “从零诞生” 的基因是植物适应环境的关键创新武器。


华中农业大学宁国贵团队在《细胞》发表的成果,则揭示了基因诞生的 “时间艺术”。蔷薇属植物中的 SCREP 基因,经历了 6300 万年的 “拼装” 历程:从树莓中无功能的非编码 DNA 片段,到 1600 万年前形成完整编码框,最终因 “跳跃基因” MITE 插入启动区而获得 “能量电池”,具备调控丁香酚合成的功能。这种多阶段、渐进式的起源模式,打破了 “基因诞生即完美” 的固有认知。团队对 38 种蔷薇植物的分析显示,SCREP 基因的有无直接塑造了花香多样性 —— 缺少该基因的野生种香气更浓郁,而人工选育品种因该基因存在呈现丰富的香气层次,这为理解植物性状演化提供了全新视角。


最具颠覆性的,当属中国农科院程时锋团队发现的 “远古转基因” 事件。6 亿年前,陆地植物的祖先 —— 双星藻纲绿藻 Spirogloea muscicola,从土壤细菌中 “借来” GRAS 和 PYL 基因。这两种基因如同给绿藻装备了 “抗逆铠甲”:GRAS 调控生长发育与抗逆,PYL 参与脱落酸信号通路,共同为植物登陆奠定基础。更令人意外的是,该绿藻基因组中还存在全基因组三倍化事件,这种在藻类中罕见的现象,为基因创新提供了更多可能性。这项研究证明,植物基因起源不仅有 “内部创新”,更有 “外部引进” 的智慧。