CGM 第115期: 离散型花青素斑点的分子调控机制
花瓣上的斑点如何由基因活动形成？Mimulus 的突变体研究揭示激活与抑制因子的反馈和移动，为图灵反应扩散模型提供植物中的分子证据。
丁宝清
博士，长期致力于生物多样性的研究。在美国贝勒大学攻读博士期间，以非洲三大湖泊之一的马拉维湖丽鱼（Cichlids）为研究对象，从生态，行为，和分子生物学的角度对该湖泊的鱼类物种多样性做出一系列原创性研究。博士毕业之后，在美国康乃狄克大学转以植物为研究对象，通过对模式植物 Mimulus 花的颜色以及形态等性状的研究，为理解开花植物花的颜色和形态多样性的演化机制做出重要贡献。
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自然界中许多生物拥有在视觉上冲击性极强的颜色模式，如花豹或斑马身上离散的斑点、条纹和植物花瓣上的花青素斑点。目前对植物花青素代谢通路的认识已较为清晰，但对离散型分布的花青素斑点形成的分子机制仍知之甚少。图灵的“反应和扩散”模型是用来解释此类现象的主要理论之一，即在最简单的情况下，只需要两个基因满足以下条件：一个可以自我激活的激活因子和一个被激活因子激活的抑制因子。抑制因子可以在细胞间移动，并且在移动的途径中能抑制激活因子。然而在植物中满足图灵模型的分子一直没有被鉴定到。通过创制一系列Mimulus花色色斑突变体，我们成功鉴定到调控花青素斑点的激活因子NEGAN和抑制因子RED TONGUE（RTO），并发现NEGAN可以自我激活，并激活RTO的表达。同时RTO蛋白可以在细胞间移动，并抑制NEGAN的表达。该研究率先发现了植物中图灵模型的基因基础，并阐明了该类基因精细调控离散型花青素斑点分布的作用机制，并揭示了植物花色多样性的生态和演化基础。
参考文献
- Baoqing Ding, Erin L Patterson, Srinidhi V Holalu, Jingjian Li, Grace A Johnson, Lauren E Stanley, Anna B Greenlee, Foen Peng, H D Bradshaw, Michael L Blinov, Benjamin K Blackman, Yao-Wu Yuan. Two MYB Proteins in a Self-Organizing Activator-Inhibitor System Produce Spotted Pigmentation Patterns. Current biology : CB. 2020;30(5):802-814.e8. DOI: 10.1016/j.cub.2019.12.067
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