研究核心发现 - 研究首次鉴定出控制植物“花柱卷曲性”的关键基因SMPED1，阐明了有花植物避免自交、促进异交的分子调控机制[1] - 该发现为理解植物性系统演化提供了新视角，也为作物育种改良提供了潜在靶点[1] 研究背景与模型 - 植物“雌雄异熟”现象自达尔文时代起备受关注，但其分子调控机制长期未明，成为百年谜题[4] - 姜科山姜属植物的“花柱卷曲性”是理想研究模型，其种群中存在花柱向上卷曲的雌蕊先熟型和花柱向下卷曲的雄蕊先熟型，二者以1:1比例共存[5] 遗传学与基因组学基础 - 山姜属中雌雄异熟性状呈现孟德尔式遗传[3] - “花柱卷曲性”遵循经典孟德尔遗传规律，由单一基因位点控制：雌先熟为显性杂合基因型，雄先熟为隐性纯合基因型[5] - 控制基因被定位在8号染色体末端的“雌雄异熟决定区”，该区域存在显著结构差异：雌先熟花型中插入了一段包含完整转座子的大片段DNA，而雄先熟花型则存在对应缺失[5] 关键基因功能与机制 - 新基因SMPED1的表达节律与花柱的每日运动和花药的开裂时间高度同步，是调控雌雄器官节律的关键“分子开关”[7] - 下调SMPED1基因表达后，花柱的节律性运动完全停止[7] - 将该基因导入模式植物拟南芥，可使花药提前数小时开裂，证明其直接调控雄蕊的成熟时间[7] - SMPED1基因在所有有花植物中高度保守，原本可能仅参与花药开裂调控[7] - 在山姜属植物中，转座子插入导致的基因表达模式改变，使SMPED1演化出同时控制雌蕊运动和雄蕊成熟的“多效性功能”[7] 研究意义与影响 - 研究首次阐明了雌雄异熟现象的分子机制，证实转座子介导的基因组结构变异是推动植物生殖策略演化的关键动力[8] - 成果不仅鉴定出关键新基因，阐明植物雌雄异熟的起源与维持机制及其顺式调控与演化背景[8] - 研究揭示转座子在基因组结构变异和调控重塑中的关键作用，为作物育种提供新的理论依据与技术靶点[8]