论文部分内容阅读
玫瑰是情人节、婚礼和结婚周年纪念日的最爱，被一些人视为爱情的象征。可现实情况是，鲜花店里所有作为鲜切花出售的“玫瑰”基本是月季。没错，没有几个人见过真正的玫瑰。真正的玫瑰，可以用来观赏，也可用作提取昂贵的玫瑰香精。
首先来看看维基上对蔷薇属的定义：蔷薇属是世界著名的观赏植物之一。月季、玫瑰都属于蔷薇属，蔷薇属还有一种常见的蔷薇，英语都称为Rose。我们在鲜花店里见到的玫瑰在生物学上当归属月季，不过这个现代版月季不是纯种，而是蔷薇属的各个种杂交来的。更严谨一点说，叫作“杂交香水月季”。
惊喜纷至沓来
最近，在 Nature Genetics发表的一项研究中。一个跨国团队表示，对“杂交香水月季”DNA的严格测序让他们编制出了“迄今为止最全面的蔷薇属基因”。被誉为“现代月季之母”的“法兰西”月季是法国里昂名叫吉约的蔷薇栽培者于1867年培育出的杂交品种，仔细观察其基因图谱（由于携带有36377个基因，这种粉月季被认为是创造现代月季品种的最主要贡献者）后就能明白，这种月季更应该被命名为“中国”，因为它的3号染色体，即含有花期控制基因的染色体，和中国月季几乎完全一致。
许多专家过去做出的轻率断言均被推翻，他们声称“厚瓣月季没有香气”，或是认为“月季香气和花瓣颜色密切相关”，还断言“香气储存在花瓣里”。许多言之凿凿的结论如今已被证伪。实际上，花瓣的厚薄对香气并无影响。月季那妙不可言的芬芳也并非储存于花瓣中，而是先合成香气再将其释放到空气中。另一个似是而非的问题，则是花瓣颜色和香气之间是否存在某种关联。黄颜色的月季花比其他颜色的花更香？事实上，这种看似存在的联系非常微妙。诚然，紫罗兰香气与黄色花瓣密不可分，因为它源自紫罗兰酮，而这些分子是由黄色的类胡萝卜素降解生成的。但是，对大部分月季而言，香气的合成和色素并无关联。具体到实际应用，这张无比精准的月季遗传图谱将开启史上最伟大调香师的秘密工坊大门。
花香有望提升
目前，科学家已经掌握了主导月季香气合成的基因完整列表。月季的标志性香气，混合了茶叶、覆盆子、木樨草和柠檬草的气息，这些明显而浓郁的香气此前都无法被复制，如今已然解析为一个个芳香分子和生化配方。毫无疑问，科学家成功解码了月季基因。更令人惊喜的是，完整的基因和生化密码照亮了月季的演化历程，尤其是解答了一个根源性问题：地球上的第一朵月季究竟于何时于何地绽放？科学家如今可以用基因组数据来弥补化石标本的不足，从而回答这一问题。研究人员收集了世界各地数百种野生月季的标本——有些还是古代标本的分子图谱，成功还原了月季的演化史。
公元前5000年，考古遗址证实新石器时代的家庭已经出现了野生月季种子。早期的月季没有现在这般妖艳多姿，也没什么香味儿。后来一个偶然的因素，月季花邂逅了巨花蔷薇，从此相识相知相爱，产生了后代香水月季。再后来，月季和香水月季远渡重洋，于18世纪从亚洲来到了欧洲。因为月季有着当地蔷薇属植物所不具备的“勤奋”基因，诸如法国蔷薇、百叶蔷薇、突厥蔷薇之流，全都是每年只开一次花的懒货，而月季则是“曾陪桃李沐春雨，仍伴梧桐落秋风”的超级劳模。于是，月季被欧洲人铆足了劲儿好一通开发，最终产生了超级混血儿——现代月季，即开头所说杂交香水月季，你心目中所谓的“玫瑰”就这么诞生了。虽然它兼具多家的血统，但总的来说，它还得算是月季。
变异的草莓？
6000万年前，第一株月季绽放。这几乎和最早的灵长类动物同一时间出现，而钟情于月季的智人则要到很久以后才登上历史舞台。不过，月季的身世真相也多少流于俗套了：原来月季和草莓诞生自同一种花！事实上，这两种如今截然不同的植物源自同一个祖先。草莓和月季几乎遗传了同样数量的基因，且大部分都保存完好，甚至整段的染色体仍然以相同的方式排序。只是如今，月季的基因组规模是草莓基因组的两倍。产生这一差异的原因取决于一种被称为“转座子”的DNA序列，它们是基因组随机复制时被病毒感染后，在世代交替中得到保留的遗产。因此，月季从“古基因组学”的角度来看，可视作一次病毒感染的结果：月季由于染上某种病毒而不再有机会成为草莓，却因此演化出万紫千红的品种来！
这是一种异常的演化现象，但是这仅占基因组约0.05%区域内的突变，使得月季螺旋状排列的花瓣层层叠叠。科学家发现，月季花瓣如此之多是因为一个小小的DNA序列嵌入了一个名为AP2的基因中，后者控制花的形态，能扩大花萼展开的幅度，使月季变成“重瓣花”。部分现代月季品种的花瓣数量基至多达300片。而花瓣的最终数量取决于该基因所在区域的额外突变以及环境条件。这种迫使植物提供更多的能量来开花的特性，在野生状态下会被自然淘汰。人类祖先被多瓣月季的美丽所深深吸引，因而有意选择了花瓣最多的样本进行人工栽培。无论是在中国还是在欧洲，最早的人工栽培品种，其花瓣数至少是野生月季的两倍——后者仅有5片不起眼的花瓣。
对农学意义重大
研究发现，月季的毛刺由茎表皮的瘤形成。而科学家不久前识别出了控制月季毛刺生长的基因RcTG2。如果该基因缺失（或被抑制），会长出完全无刺的光滑月季。这一发现，让月季供应商们倍感兴趣，因为不带刺的月季能为加工和运输提供极大的便利。
现代月季的花期能从春天持续到秋天（甚或四季开放），这归功于一次神奇的基因突变。数千年前在中国，一株月季从其亲本处获得了一对3号染色体，每一条都携带了一种极其罕见的突变。其中一个突变是染色体大范围植入月季的某一基因中，使该基因对于花期的限制失去了作用。而另一个突变则更加彻底，将该基因彻底剔除。结果，这株月季開始无休止地绽放，一直持续到第一波寒潮降临。“月月粉”就这样诞生了。所有四季常开的现代月季都源于这一基因突变。
研究人员坚信，透过基因组科学讲述的关于现代月季起源的美丽故事，对农学和园艺学都有着重要意义。月季基因研究将有助于培育新的品种。用阿拉伯语写成的《基塔布·阿尔·阿吉夫》一书中，提到了只有在东方才能找到的天蓝色玫瑰，这实在是吊人胃口，但可惜是诡诈的冒牌货。这种攻瑰是精明的种植者或商人，在本来是白色或奶油色玫瑰的茎皮和根部，注入了蓝色染料得来的。几周后，他们就得到了蓝玫瑰，大概也能成功欺骗买家心甘情愿出高价。在现实中，玫瑰根本不会以野花的形式存在。蔷薇属植物的花色几乎包含了太阳光谱中的所有颜色，但是蓝色除外，哪怕是很浅的蓝色都没有。蔷薇科下的所有品种，没有一个含有能生产蓝色素的基因，所以大家平时看到的蓝色妖姬全部都是染的。亿万富翁佐治先生是个痴情的爱花人，非常想得到“蓝色基因”，自20世纪90年代以来一直在秘密培育转基因蓝玫瑰。经过一波三折，得到的所谓蓝玫瑰效果不佳，看上去偏淡紫色，颜色更像是薰衣草，而不是真正的天蓝色，价格竟然高达每枝35美元。即使蓝色月季似乎依然只是个幻想，但月季栽培者却能凭借这些基因组数据，将培育生命力更强和需水量更少的月季列入育种计划，这一意义也超越了研究本身。
除了玫瑰、月季，还有草莓、覆盆子、杏、桃、李、苹果、梨、樱桃等，这些都属于蔷薇科，也是蔷薇名字的由来，而这个大家庭包含超过3000个物种！借助对月季的这一全新科学的发现，我们或许还可以令月季的近亲结出更优质的果实，培植出滋味多样或是对杀虫剂和水需求更少的品种。这些物种之间的基因组对比，揭示了花朵芬芳和果实香气在合成方式上的有趣相似性，看来农业的前路将充满月季的芬芳。
（摘自《科学大众》2019年第11期）
首先来看看维基上对蔷薇属的定义：蔷薇属是世界著名的观赏植物之一。月季、玫瑰都属于蔷薇属，蔷薇属还有一种常见的蔷薇，英语都称为Rose。我们在鲜花店里见到的玫瑰在生物学上当归属月季，不过这个现代版月季不是纯种，而是蔷薇属的各个种杂交来的。更严谨一点说，叫作“杂交香水月季”。
惊喜纷至沓来
最近，在 Nature Genetics发表的一项研究中。一个跨国团队表示，对“杂交香水月季”DNA的严格测序让他们编制出了“迄今为止最全面的蔷薇属基因”。被誉为“现代月季之母”的“法兰西”月季是法国里昂名叫吉约的蔷薇栽培者于1867年培育出的杂交品种，仔细观察其基因图谱（由于携带有36377个基因，这种粉月季被认为是创造现代月季品种的最主要贡献者）后就能明白，这种月季更应该被命名为“中国”，因为它的3号染色体，即含有花期控制基因的染色体，和中国月季几乎完全一致。
许多专家过去做出的轻率断言均被推翻，他们声称“厚瓣月季没有香气”，或是认为“月季香气和花瓣颜色密切相关”，还断言“香气储存在花瓣里”。许多言之凿凿的结论如今已被证伪。实际上，花瓣的厚薄对香气并无影响。月季那妙不可言的芬芳也并非储存于花瓣中，而是先合成香气再将其释放到空气中。另一个似是而非的问题，则是花瓣颜色和香气之间是否存在某种关联。黄颜色的月季花比其他颜色的花更香？事实上，这种看似存在的联系非常微妙。诚然，紫罗兰香气与黄色花瓣密不可分，因为它源自紫罗兰酮，而这些分子是由黄色的类胡萝卜素降解生成的。但是，对大部分月季而言，香气的合成和色素并无关联。具体到实际应用，这张无比精准的月季遗传图谱将开启史上最伟大调香师的秘密工坊大门。
花香有望提升
目前，科学家已经掌握了主导月季香气合成的基因完整列表。月季的标志性香气，混合了茶叶、覆盆子、木樨草和柠檬草的气息，这些明显而浓郁的香气此前都无法被复制，如今已然解析为一个个芳香分子和生化配方。毫无疑问，科学家成功解码了月季基因。更令人惊喜的是，完整的基因和生化密码照亮了月季的演化历程，尤其是解答了一个根源性问题：地球上的第一朵月季究竟于何时于何地绽放？科学家如今可以用基因组数据来弥补化石标本的不足，从而回答这一问题。研究人员收集了世界各地数百种野生月季的标本——有些还是古代标本的分子图谱，成功还原了月季的演化史。
公元前5000年，考古遗址证实新石器时代的家庭已经出现了野生月季种子。早期的月季没有现在这般妖艳多姿，也没什么香味儿。后来一个偶然的因素，月季花邂逅了巨花蔷薇，从此相识相知相爱，产生了后代香水月季。再后来，月季和香水月季远渡重洋，于18世纪从亚洲来到了欧洲。因为月季有着当地蔷薇属植物所不具备的“勤奋”基因，诸如法国蔷薇、百叶蔷薇、突厥蔷薇之流，全都是每年只开一次花的懒货，而月季则是“曾陪桃李沐春雨，仍伴梧桐落秋风”的超级劳模。于是，月季被欧洲人铆足了劲儿好一通开发，最终产生了超级混血儿——现代月季，即开头所说杂交香水月季，你心目中所谓的“玫瑰”就这么诞生了。虽然它兼具多家的血统，但总的来说，它还得算是月季。
变异的草莓？
6000万年前，第一株月季绽放。这几乎和最早的灵长类动物同一时间出现，而钟情于月季的智人则要到很久以后才登上历史舞台。不过，月季的身世真相也多少流于俗套了：原来月季和草莓诞生自同一种花！事实上，这两种如今截然不同的植物源自同一个祖先。草莓和月季几乎遗传了同样数量的基因，且大部分都保存完好，甚至整段的染色体仍然以相同的方式排序。只是如今，月季的基因组规模是草莓基因组的两倍。产生这一差异的原因取决于一种被称为“转座子”的DNA序列，它们是基因组随机复制时被病毒感染后，在世代交替中得到保留的遗产。因此，月季从“古基因组学”的角度来看，可视作一次病毒感染的结果：月季由于染上某种病毒而不再有机会成为草莓，却因此演化出万紫千红的品种来！
这是一种异常的演化现象，但是这仅占基因组约0.05%区域内的突变，使得月季螺旋状排列的花瓣层层叠叠。科学家发现，月季花瓣如此之多是因为一个小小的DNA序列嵌入了一个名为AP2的基因中，后者控制花的形态，能扩大花萼展开的幅度，使月季变成“重瓣花”。部分现代月季品种的花瓣数量基至多达300片。而花瓣的最终数量取决于该基因所在区域的额外突变以及环境条件。这种迫使植物提供更多的能量来开花的特性，在野生状态下会被自然淘汰。人类祖先被多瓣月季的美丽所深深吸引，因而有意选择了花瓣最多的样本进行人工栽培。无论是在中国还是在欧洲，最早的人工栽培品种，其花瓣数至少是野生月季的两倍——后者仅有5片不起眼的花瓣。
对农学意义重大
研究发现，月季的毛刺由茎表皮的瘤形成。而科学家不久前识别出了控制月季毛刺生长的基因RcTG2。如果该基因缺失（或被抑制），会长出完全无刺的光滑月季。这一发现，让月季供应商们倍感兴趣，因为不带刺的月季能为加工和运输提供极大的便利。
现代月季的花期能从春天持续到秋天（甚或四季开放），这归功于一次神奇的基因突变。数千年前在中国，一株月季从其亲本处获得了一对3号染色体，每一条都携带了一种极其罕见的突变。其中一个突变是染色体大范围植入月季的某一基因中，使该基因对于花期的限制失去了作用。而另一个突变则更加彻底，将该基因彻底剔除。结果，这株月季開始无休止地绽放，一直持续到第一波寒潮降临。“月月粉”就这样诞生了。所有四季常开的现代月季都源于这一基因突变。
研究人员坚信，透过基因组科学讲述的关于现代月季起源的美丽故事，对农学和园艺学都有着重要意义。月季基因研究将有助于培育新的品种。用阿拉伯语写成的《基塔布·阿尔·阿吉夫》一书中，提到了只有在东方才能找到的天蓝色玫瑰，这实在是吊人胃口，但可惜是诡诈的冒牌货。这种攻瑰是精明的种植者或商人，在本来是白色或奶油色玫瑰的茎皮和根部，注入了蓝色染料得来的。几周后，他们就得到了蓝玫瑰，大概也能成功欺骗买家心甘情愿出高价。在现实中，玫瑰根本不会以野花的形式存在。蔷薇属植物的花色几乎包含了太阳光谱中的所有颜色，但是蓝色除外，哪怕是很浅的蓝色都没有。蔷薇科下的所有品种，没有一个含有能生产蓝色素的基因，所以大家平时看到的蓝色妖姬全部都是染的。亿万富翁佐治先生是个痴情的爱花人，非常想得到“蓝色基因”，自20世纪90年代以来一直在秘密培育转基因蓝玫瑰。经过一波三折，得到的所谓蓝玫瑰效果不佳，看上去偏淡紫色，颜色更像是薰衣草，而不是真正的天蓝色，价格竟然高达每枝35美元。即使蓝色月季似乎依然只是个幻想，但月季栽培者却能凭借这些基因组数据，将培育生命力更强和需水量更少的月季列入育种计划，这一意义也超越了研究本身。
除了玫瑰、月季，还有草莓、覆盆子、杏、桃、李、苹果、梨、樱桃等，这些都属于蔷薇科，也是蔷薇名字的由来，而这个大家庭包含超过3000个物种！借助对月季的这一全新科学的发现，我们或许还可以令月季的近亲结出更优质的果实，培植出滋味多样或是对杀虫剂和水需求更少的品种。这些物种之间的基因组对比，揭示了花朵芬芳和果实香气在合成方式上的有趣相似性，看来农业的前路将充满月季的芬芳。
（摘自《科学大众》2019年第11期）