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猴面花的生物进化

酸浆属植物猴面花(monkeyflower)是一种不起眼的黄色小植物,当生活在太平洋西北海岸时是多年生的,而生活在离海岸数百公里的内陆旱地却变成一年生植物。其奇特的生活方式,为研究生物进化提供了重的线索。

杜克大学的David Lowry博士对其奇特的生活方式充满兴趣。他试图寻找一个或多个特殊基因,来解释沟酸浆(Mimulus guttatus)是如何做到在海岸时是郁郁葱葱,喜潮湿,耐盐的多年生植物,到内陆却成为矮的,快速开花,耐旱的一年生植物。

研究发现植物基因的很大一部分发生了替换:220万个DNA和350个基因在两种不同的生态类型的植物中起了不同的作用,即基因倒位(genetic inversion),该现象是指染色体上两个断裂点间的断片,倒转180°后又重新连接的一种染色体结构变异现象。
Lowry说:那些能广泛性适应多种生活条件的植物,很容易发生这种现象,几十年来进化生物学家都一直为了寻找物种产生的驱动机制而对此发生争论。酸浆属这种能适应多种生存环境的物种非常适合开展相关的研究。

在酸浆属植物中,Lowry发现,在每种生态类型的植物里发生倒位的染色体断片中存在大量具有适应能力的基因。内陆性植物在炎热干燥的天气来临前就开始开花繁殖。而海岸性植物会选择更晚的长叶开花,以备过冬和在繁盛的植物环境里争夺生存空间。Lowry找到了那些在倒位发生断片里具有适应能力的位置,对其进行移植,移植与接受移植的双方都不能在适应当前环境。
倒位很可能会驱动新物种的形成,基因倒位就像一个超级基因似的工作,他们不能通过再结合来重组,那些已经发生倒位的基因会渐渐组合行成一大段新的基因。

生物学家对此非常感兴趣,因为这将有助于解释物种是如何由一变二的。人类和黑猩猩之间就发现了很多基因倒位现象。

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