张辰宇教授为什么把某些人对转基因的意气之争称为“叫魂”

2018年6月9日，在群学书院-半城读书举办的“医学、生命科学与人类健康”高峰论坛系列公益讲座第二讲上，南京大学生命科学学院院长，教育部长江学者特聘教授张辰宇围绕从基因到转基因，以及有关转基因食品安全之争背后的意蕴做了精彩讲演。

张辰宇教授为什么要讲基因和转基因？张辰宇教授是分子生物学家，对公众普及基因和转基因知识是名正言顺的好事；又为什么讲有关转基因食品安全之争呢？莫非张辰宇教授也陷入了有关转基因食品安全之争的漩涡呢？张辰宇教授说，自己的研究课题并不是转基因，但是由于张辰宇教授发表在《细胞》子刊上的论文，意外地被动卷入了转基因食品安全之争的漩涡。

2011年，《自然》杂志在线推荐介绍了张辰宇团队的论文。张辰宇团队的研究展示了一项令人惊讶的发现——植物的miRNA（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官。并且，一旦进入体内，它们将通过调控人体内靶基因表达的方式影响人体的生理功能，进而发挥生物学作用，这揭示了非编码miRNA可以跨物种、跨代际稳定存在并在不同物种间、代际间跨界调控基因表达。

现在我们先搞清楚什么是miRNA。miRNA是microRNA的缩写。意思是小核糖核酸。注意microRNA不能简写成mRNA，后者是信使RNA的意思。

科学家在生物体内发现miRNA已经有很多年。因为是内源性的，所以也叫内源性miRNA。科学家认为miRNA是生物体内自行合成的。RNA通常是由几百几千个单核苷酸线性聚合而成的单链大分子化合物，按照功能分，有mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）和rRNA（核小体RNA）三种。后来，科学家发现了由22个左右（通常是18~25）单核苷酸组成的小RNA，定名为miRNA（22nt的分子量约为7200）。miRNA的作用可以用一个字概括：酶。

酶，日语叫酵素（一种常见的保健品），汉语叫催化剂。化学和化学工业中的催化剂叫催化剂，生物化学和分子生物学中的催化剂叫酶。酶的本质，通常是蛋白质。但是miRNA被发现后，科学家修正了酶的定义。酶是一个有生物催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质或（核糖）核酸。

核糖核酸酶不仅有miRNA，还有一个小RNA叫siRNA。miRNA和siRNA 的区别是，前者是单链，后者是双链（但是有一个单位的平移，使得两端各有一个单链）。科学家发现，两种小RNA的作用都是RNA干扰（RNAi）。真核生物，无论是动物、植物，都存在RNAi。1990年，有个科学家团队计划将一种能加深紫色的基因转入矮牵牛，希望得到一种开深紫色花朵的矮牵牛。可是，等到矮牵牛开花了，却发现花朵不全是紫色，而是外圈紫中间白。原来，RNAi有一种抗拒转基因的作用，科学家想转入某个基因，矮牵牛抗拒，其内源性mi RNA或siRNA通过干扰mRNA阻止新转入的基因表达功能，迫使新转入的基因不能表达功能，这叫基因沉默。miRNA和siRNA是作用于mRNA的酶，主要作用是抑制或干扰mRNA执行DNA的指令合成蛋白质功能分子。

我说了半天miRNA，你可能会发现，我说的这些跟张辰宇团队的研究有什么关系呢？张辰宇团队的发现，可以说是石破天惊！科学家以前认为miRNA是内源性的，生物会自己合成miRNA，而张辰宇团队发现了外源性miRNA！

什么叫外源性？我需要进一步解释。大家都知道，人类要想活着，必须吃饭喝水。人的肉体都是由食物转化而来，人生长、运动、思考等，所有的生命活动所需的物质和能量，都是通过饮食获得的。我们身上的物质，分为两种情况，一种是人体不能合成的，这是必须的营养物质，比如说各种矿物质、维生素；还有一类物质，可以是来自食物的，也可以是人体利用原料自行合成的，比如葡萄糖，你吃了葡萄糖会被直接吸收利用，如果你不吃葡萄糖，吃大米或馒头，机体会根据需要给你合成出葡萄糖来。假如你午饭吃了一个猪肉大葱包、一盘炒猪肝、一个苹果，过几个小时，检测你血液和组织中的化学成分，你就会发现来自这些食物的一部分化学成分。说一部分，是因为还有一部分经过消化吸收、再合成、再分解等一系列化学反应，你的血液和组织中是检测不到面粉、猪肉、猪肝或者苹果中的机械颗粒的（比如猪肉块）或者大分子（比如蛋白质、DNA、RNA等）的，但是有一些小分子则是跟食物中的原形一模一样的的，比如猪肝中的维生素A、维生素D、维生素B12、苹果中的维生素C等。如果在你身上发现了猪肝中的维生素A等化学成分，你会不会害怕？我的血液和肉肉里怎么会有猪肝的化学成分？我变成猪了吗？

没有，你还是你，没有变成猪。你也不用害怕，人是杂食性动物，身体里要是没有别的物种的化学成分还真不行。张辰宇团队的惊人发现是，他们用大米喂耗子、人、牛、马等哺乳动物，几个小时候在耗子、人、牛、马等哺乳动物的血液和组织中检测出了大米特有的化学成分——水稻miRNA。

看到这里，你会说，这有啥了不起，你刚才不是说人吃了猪肝能在人的血液和组织中检测出猪肝的化学成分吗？耗子或其他哺乳动物吃了大米，在耗子或其他哺乳动物的血液和组织中能检测出大米的化学成分，这很对啊，怎么是惊人发现呢？

原来，张辰宇团队在耗子、人、牛、马等哺乳动物的血液和组织中检测的大米成分叫水稻miRNA，这就不得了了，确实是石破天惊。因为科学家一直说，蛋白质、DNA和RNA不会通过肠粘膜而被人体吸收，只有被分解成小分子（蛋白质被分解成氨基酸、DNA和RNA被分解成单核苷酸或更小的单位）才能被吸收。miRNA是由22个左右的单核苷酸线性聚合而成的短链核糖核酸，仍然属于小分子，是有可能被吸收的。这样就得改写教科书，miRNA是可以跨物种或跨界传递的（在动物、植物、真菌、病毒等界之间传递叫跨界）。

张辰宇团队的研究成果本是分子生物学的内容，本应限于象牙之塔内分析、探讨或争鸣，但是却意外地受到了社会舆论的强烈关注，有自媒体大v怀疑张辰宇团队造假，该大v认为书本上没有写miRNA可以跨物种或跨界传递，因此张辰宇团队形迹可疑。更有吊诡的事情，张辰宇教授被人贴上了反对转基因的标签。

张辰宇教授最近打破缄默，说出这么一席话：

尽管我们并没有把实验结果与转基因作物的安全性联系起来，但依然有评论者将我们的这项重大发现与转基因作物问题相联系，认为这项研究“对于转基因专家声称的Bt蛋白会在肠道内分解，不会造成人体危害说法产生了明显的挑战”。

因为我的这项研究，网上有很多人将我列入了“反对转基因”的阵营，也有研究者指责我的研究并未被国外实验室重复，因此该项研究是夸张且失实的。

这里我需要说明的是，我的发现已经有太多的人重复出来了，越来越清晰地做出来跨界调控，食物中的microRNA能被哺乳动物的肠道吸收，且2万余次引用大部分是正面的。

最让我觉得意外的是，许多人竟然将我列入了“反转”的阵营。对于一个科学家来说，我们讲求的是证据与逻辑，科学家对于事物的认识是有清晰的边界的。对于转基因食品是否安全，其判定应交由生物专家与医学专家经过科学实验作出，但对于转基因技术，说我反对它是完全不对的。

张辰宇教授说他的研究是可以重复验证的，这话我觉得是可信的。我随手找几篇重复论文给大家看看。母治平给猪喂食玉米，在猪的血液和组织中检出了玉米的miRNA。母治平说：“猪血清中植物miRNAs浓度在001-015fM之间,大约是内源miR-16浓度的十分之一；猪组织中植物miRNAs浓度在0001-05fmol/g之间,大约是内源miR-16浓度的千分之一。王宇豪研究了三种玉米miRNAs在猪体内、外的吸收规律，结论如下：“在体实验和离体实验均表明所选玉米miRNA可通过消化道吸收,并呈现先升高后降低或者持续升高的变化规律；玉米miRNAs在组织中的分布呈现组织特异性；玉米miRNA在空肠和回肠吸收速率更高。”李青芝做了植物miRNA在母猪和胎儿之间的传递，结果发现：“(1)母猪血清和肝脏中都能检测到植物miRNA。(2)母猪体内植物miRNA可以传递给胎儿。(3)母猪血清、胎儿血清和羊水3样品exosome中存在植物miRNA。”

miRNA跨物种、跨界或跨代际的传递，跟转基因又有什么关系呢？植物性的miRNA能进入包括人类在内的哺乳动物的血液和组织中，能就能呗，不就是一种自然现象吗？古人类学、考古人类学和分子人类进化史学研究表明，现代智人的基因中有某些片段可能是几百万年前病毒整合在人类的DNA中而获得稳定遗传性的。这是一种自然转基因现象，非人类所为。人类研究转基因的历史只有几十年，人工转基因作物产业化推广只有二十几年的历史。但是人类被其他物种自然转基因的现象已经存在至少几百万年，而自然界的其他物种之间的自然转基因现象亦不鲜见，常见农作物马铃薯、红薯、茭白等都是自然转基因作物。

植物性miRNA跟转基因是没有任何关系的。即便是食用了转基因的植物，其miRNA也不过是一种nt=22左右的核糖核酸，而miRNA并不是基因——基因是DNA，动物、植物、细菌等真核生物、绝大多数病毒都不例外，只有极其个别的病毒如烟草花叶病毒的基因是分子量足够大的RNA——只能说，转基因植物的某些小分子可以进入人类的血液和组织，不等于转基因植物的基因进入人类的血液和组织。任何外源性基因（不管是转基因还是非转基因）都是不能进入人类的血液和组织的（病毒感染除外），这个理论是颠扑不破的真理。可是，社会上却有人说，张辰宇团队的研究证明植物可以跨界谋杀人类；人吃了大米，大米可以谋杀人类。植物要是可以跨界谋杀人类，人类怎么能存活到现在呢？提出这种恐怖意见的人并不知道，张辰宇团队的研究是跟转基因毫无关系的，他们是用非转基因的大米喂食哺乳动物，怎么能扯到转基因呢？

张辰宇教授觉得这事实在是吊诡，社会上某些人——张教授点名批评了两个长期互相斗嘴的网络大v，我这里就不说他俩是谁了——对转基因的意气之争真是无以复加。张辰宇教授从美国汉学家Philip Alden Kuhn（孔飞力）的著作《叫魂》受到启示，他认为，中国人对于转基因食品安全的意气之争跟乾隆时期的叫魂何其相似乃尔。张辰宇教授在群学书院-半城读书上向听众推荐阅读孔飞力著作《叫魂》。

张辰宇教授说：我虽然是一名科学工作者，但是我也经常阅读社会科学方面的著作。我发现，国内对于转基因食品的争论，与1768年那场席卷中国12个省的“叫魂事件”颇有相似之处。

“叫魂”足以让1768年的中国人产生大恐慌，有着它丰富的背景。中国传统文化认为人拥有魂魄，在某种条件下，人的魂能够同拥有魂的躯体相分离，一个人若掌握了另外一个人的魂，便可以利用它的力量去控制别人或为自己谋利，而通过某种妖术则可以摄取别人的魂。妖术的方式包括剪去受害者的发辫；或将写有名字的纸条放在木桩底下，在打桩时施咒。和尚、道士、工匠，这些游走在社会边缘、漂泊不定的特殊阶层，历来被民间认为是能施展这种不祥妖术的群体。在1768年，我们的祖先对危害健康的大多数疾病及自然现象缺乏足够了解，因而很容易对“叫魂”产生极大恐惧。

其实类似于“叫魂”的恐惧在中国近现代史上并不鲜见。当摄影术传入中国时，当时的中国人就怕得要死，认为照相会摄走人的魂魄。最早修建铁路时，有人就害怕铁路惊动了地下的先人的灵魂，阻止施工甚至扒铁轨就是这么来的。天津英租界，英国人建设第一个自来水厂时，居民都不敢喝自来水，当时流传的谣言说，自来水是英国人害中国人的，喝了自来水就会不孕不育。居民宁可喝海河里的污水，也不喝英国人的自来水。英国人没办法，请了一大群英国夫妇带着孩子公开集会，告诉居民，英国人很多年就喝自来水了，没事的，孩子照样生。（本文节选自拙文《漫话转基因》）

miRNA可以设计茎环引物反转录，用探针法或者染料法检测。这个引物设计都是固定格式的

miRNA引物设计（茎环法+染料法检测）

设计方法：通用茎环后端加miRNA后面6个碱基的反向互补序列为反转录引物，正向引物为miRNA去除后面6个碱基的序列，反向引物在茎环上。

反转录茎环通用序列：

GTCGTATCCAGTGCGTGTCGTGGAGTCGGCAATTGCACTGGATACGAC

miRNA序列：

>mmu-miR-99b-5p MIMAT0000132 Mus musculus miR-99b-5p

CACCCGUAGAACCGACCUUGCG

mmu-miR-99b-5p反转录颈环引物为：

GTCGTATCCAGTGCGTGTCGTGGAGTCGGCAATTGCACTGGATACGACCGCAAG

定量PCR反向引物为：TGTCGTGGAGTCGGC

正向引物为：CACCCGTAGAACCGAC

备注：

1 定量PCR反向引物和正向引物的TM值不要相差太大，反向引物TM已经确定，如果正向引物TM较低，则在5`端添加几个碱基（如：G）。

2 染料法的检测可能会出现引物二聚体和非特异性扩增，可以使用探针法检测，探针法和染料法相似，只是茎环上不仅有一个反向引物结合位点，还有一个探针结合位点。

mirbase数据库不能用提交人姓名方式检索。根据查询到的公开信息显示mirbase数据库的检索方式有miRNAID检索、以GeneSymbol进行检索、以keggpathway通路进行检索、验证miRNA和靶基因相互作用的手段进行检索。不包括提交人姓名方式检索，mirbase数据库，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。

请问将二代测序得到的序列比对到miRBase鉴定已知miRNA时，应选择miRBase中的mature序列还是hairpin序列啊？

看到miRBase中同时有hairpinfa和maturefa两个数据文件，迷惑了

MicroRNAs（miRNAs）是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，目前发现的数量就那么几条，从基因组DNA上转录下来，经过两次剪接，成为成熟的MiRNA。

给你三个数据库和软件：

miRbase：microRNA基因注释数据库。目前miRBase只提供了microRNA的靶标的预测软件的链接（如：PicTar）。

Tarbase：一个收集已被实验验证的microRNA靶标数据库。

PicTar：基于microRNA或microRNA靶标联合作用等特征开发的搜寻动物的microRNA靶基因的软件，假阳性率也较低。

花发育是被子植物生命周期中一个重要的综合发育过程，涉及无限生长向有限生长及不同发育方式的转换，包括开花诱导、信号传递、属性决定、器官发生，既受环境因子（如光周期、温度等）的诱导，又受到自身内部因素的调节，经过一系列信号转导过程，启动成花决定过程中的控制基因。在复杂的基因互作网络调控下，营养茎端分生组织（vegetative meristem，VM）转变为花序分生组织（inflorescence meristem，IM），然后在IM 的侧翼形成花分生组织（floral meristem，FM），分化出花器官。

截至目前，从拟南芥（ Arabidopsis thaliana ）中共有180多个参与调控开花的基因被鉴定出，并确定其中存在有6条调控开花的信号途径：即光周期途径（photoperiod pathway）、春化途径（vernalization pathway）、自主途径（autonomous pathway）、赤霉素途径（gibberellin pathway）、温敏途径（thermosensory pathway）和年龄途径（aging pathway）。表观遗传是开花信号通路中的重要机制，对开花及花器官发育产生关键调控作用。miRNAs 的表观遗传调控机制是植物分子发育生物研究的重要领域，例如miR172、miR156、miR159 参与了开花诱导的信号转导途径，共同开启花的发育过程。

本文综述了被子植物花器官发育的格式形成与分子调控机制。

通过对拟南芥和金鱼草突变体研究而提出的多种发育模型, 成功地解释了被子植物花器官突变现象。其中, 最著名的是由Bowman等及Coen和Meyerowitz提出的“ABC模型”。该模型指出, 花器官的形成和发育由A、B和C三类功能基因决定; A类基因的表达决定了第一轮萼片的形成, 包括APETALA1 (AP1)和APETALA2 (AP2)基因等; B类[APETALA3 (AP3)和PISTILLATA (PI)基因]和A类基因的组合表达决定了第二轮花瓣的发育; C类[AGAMOUS (AG)基因]和B类基因的组合表达决定了第三轮雄蕊的形成; C类基因的表达决定了第四轮雌蕊的发育。同时, A类和C类基因在功能上彼此抑制, 较好地解释了花器官的同源异型转变现象。

矮牵牛( Petunia hybrida ) D类基因FLORAL BINDING PROTEIN 7 (FBP7)和FBP11决定了胚珠的形成和发育。拟南芥D类SEEDSTICK (STK)、SHATTERPROOF1(SHP1)和SHP2三基因突变体的胚珠变成了心皮结构和叶结构。这些研究将花发育“ABC模型”拓展为“ABCD模型”。随后, 研究发现SEPALLATA (SEP)基因能与其他类型的花器官特征决定基因发生结合, 维持四轮花器官的正常发育, 定义为“E类基因”。因此, 花发育模型进一步扩展为“ABCDE”模型(图2): A类+E类基因组合调控第一轮萼片的形成和发育, A类+B类+E类基因组合决定第二轮花瓣的形成和发育; B类+C类+E类基因组合调控第三轮雄蕊的形成和发育; C类+E类基因组合决定第四轮雌蕊的形成和发育; C类+D类+E类基因组合调控胚珠的形成和发育。

金鱼草GLOBOSA (GLO)、DEFICIENS (DEF)和SQUAMOSA (SQUA)蛋白形成多聚体复合物的酵母三杂交和电泳迁移率实验表明: 多聚体复合物比二聚体具有更强的结合DNA能力。随着这些同源异型蛋白相互作用研究的积累, Theissen和Saedler提出了一个更全面的花发育四聚体模型(图2): 花同源异型蛋白通过形成四聚体复合物调控花器官的形成。该模型成功地揭示了模式植物花器官的各种突变类型,很快得到了广泛认同。

在拟南芥花器官的形成过程中, 蛋白四聚体AP3-PI/SEP-SEP和AP3-PI/AG-SEP分别调控花瓣和雄蕊的形成。随后, 拟南芥SEP基因丢失部分功能后的表型与STK、SHP1和SHP2基因三突变体的表型相同; 并且酵母三杂交显示D类蛋白能与SEP3蛋白形成多聚体复合物。因此, 花发育四聚体模型包含了D类和E类蛋白相互作用, 调控胚珠的形成和发育(图2)。同时, 不同开花植物菊花、西红柿和水稻等的蛋白互作实验显示, 花的同源异型蛋白均能形成多聚体。植物体外和体内的多种实验手段均表明花发育四聚体模型在花器官发育过程中扮演重要角色。

Theißen等（2016）根据花同源蛋白四聚体复合物（FQC，Floral quartet-like complex）与核小体具有高度相似性, 进一步提出了核小体拟态模型。在该模型中, 花发育四聚体复合物代表类核小体性能且序列特异的转录因子, 并在包含CArG元件的启动子上通过允许或抑制染色质修饰, 进而替代不活跃染色质靠近转录起始位点的核小体, 最终导致染色质处于一种平衡状态。核小体拟态模型为花同源四聚体复合物的功能预测提供了线索。核小体是由组蛋白构成的八聚物,是静态系统, 但是染色质会发生频繁重组。靠近转录起始位置的核小体是不稳定的,特别是基因5′端的动态核小体可能增加转录起始位点的可接触性。花同源蛋白四聚体能招募组蛋白修饰因子, 并可替代转录因子起始位点上游的标准核小体。

在拟南芥花发育过程中, AP1和SEP3蛋白会较早的结合, 随后改变染色质可接触性。研究表明SEP3蛋白扮演着先锋转录因子的角色, 通过修饰染色质的可接触性, 促使其侵入难接触的核小体关联DNA位点, 进而创造一个开放的染色质环境, 并允许非先锋转录因子结合到可接触位点。当转录因子与DNA结合时, 能有效驱除核小体, 空出结合位点, 且结合位点的距离非常接近CArG-box序列距离。虽然核小体拟态模型很好地解释了花同源蛋白四聚体复合物调控目标靶基因的分子机理, 但有待于进一步的验证。

目前, ABCDE类基因, 除了AP2基因外, 均属于MADS-box基因家族成员中的MIKC型MADS-box基因。MIKC型MADS-box基因编码的蛋白从N端到C端依次包含1个MADS(M)结构域、1个介于中间的I结构域、1个角质蛋白同源的K结构域和1个C末端结构域（图4）。其中, M结构域是一个由约60个氨基酸组成的高度保守的DNA结合域, 对MADS转录因子的核酸定位和二聚化均具有重要作用。I结构域由约35个氨基酸组成，其保守性相对较弱, 对结合DNA二聚体的形成具有选择性。K结构域由约65~70个氨基酸组成，包含疏水性和带电残基, 具有保守性, 形成两性分子的螺旋线, 涉及蛋白二聚体和多聚体复合物的形成。C结构域由约30个氨基酸组成，保守性最差, 其氨基酸序列十分多变, 涉及转录激活和多聚体复合物的形成。MADS蛋白通过二聚体结合DNA序列的CArG元件; 根据花发育的四聚体模型, 2个蛋白二聚体各自识别不同的CArG元件, 在DNA形成环状后, 这2个二聚体相互靠近, 形成蛋白四聚体, 进而调控花器官的形成和发育。

MIKC型MADS-box基因通过复制产生了SQUA (A类)、DEF/GLO (B类)、AG (C类和D类)、AGL2 (E类)四个亚家族。SQUA亚家族是一类决定花序/花分生组织和花被特征的基因, 在核心真双子叶植物起源之前, 发生2次基因重复产生euAP1、euFUL和AGL79 三个进化系。DEF/GLO亚家族产生于被子植物共同祖先的2次基因复制, 第一次基因复制发生在被子植物起源之前, 产生paleoAP3和PI进化分支; paleoAP3基因又经过第二次基因复制, 分化出TM6和euAP3两类旁系同源的进化分支。AG亚家族基因随着被子植物的演化也发生了2次主要基因重复, 第一次发生在被子植物起源之前, 通过基因重复形成了调控心皮与雄蕊发育的C类进化系和调控胚珠发育的D类进化系; C类进化系在核心真双子叶植物起源之前又发生了1次基因重复, 形成euAG和PLENA (PLE)两个进化系。AGL2亚家族基因主要参与调控花器官和花分生组织的形态分化, 通过基因重复产生了AGL2、AGL3、AGL4和 AGL9四个进化系。

一些大的被子植物类群花器官形态多样化与MIKC型MADS-box基因重复密切相关。核心真双子叶植物起源之后, 花被有明显的花瓣和萼片区分以及花器官的排列方式等特征的进化均与A类和E类基因重复相关。单子叶植物水稻( Oryza sativa )的内外稃和浆片形成与其A类基因的进化相关。被子植物花被形态多样化与B类基因重复导致的功能分化密切相关。在被子植物的基部类群和基部真双子叶植物中, B类基因往往通过一些小尺度的基因重复, 调控花瓣的形态分化。在基部真双子叶植物三叶木通( Akebia trifoliata )中, AP3同源基因通过2次小尺度的基因重复产生了3个paleoAP3型基因AktAP3_1、AktAP3_2和AktAP3_3,其中AktAP3_3 基因主要参与调控花被花瓣化。文心兰属( Oncidium )植物通过基因重复产生3个paleoAP3型基因OMADS3、OMADS5和OMADS9, 其中OMADS3在四轮花器官中均有表达,OMADS5基因主要在萼片和花瓣中表达, 而OMADS9基因主要在花瓣和唇瓣中表达; 这些转录因子可能通过PI型OMADS8形成不同的异源二聚体, 进而导致萼片、花瓣、唇瓣的形态差异。菊类植物的花瓣和雄蕊形态多样化与PI旁系同源基因的表达模式密切相关。矮牵牛的2个B类旁系同源基因(FBP1和PMADS2)在调控花瓣和雄蕊发育上是冗余的, 但是FBP1基因对于雄蕊花丝和花瓣管的融合又是必需的。耧斗菜( Aquilegia vulgaris )的退化雄蕊形成需要B类基因的参与。在单子叶植物中, 水稻和玉米( Zea mays )的PI旁系同源基因由于基因重复产生了表达模式的分歧。

MIKC型基因表达区域或模式的改变, 会引起花器官的变化。B类或C类基因表达模式的改变会引起生殖器官缺失, 形成单性花。鸭跖草科( Commelinaceae )等单子叶植物的最外轮花器官中AP3同源基因转录活性丧失或表达量很低时, 花被表现出明显的萼片和花瓣之分。楸树( Catalpa bungei ) CabuPI基因在重瓣花形成和发育的关键时期, 其表达量明显上调。唐松草叶银莲花( Thalictrum thalictroides ) ThtAG1基因的选择性拼接导致其蛋白K区丢失, 形成重瓣花。樱花( Prunus lannesiana ) PrseAG基因的外显子跳跃导致Presag-1蛋白C末端的AG基序I和II丢失, 引起雄蕊转变成花瓣, 雌蕊转变成叶状器官。在基部被子植物星花木兰( Magnolia stellate )中, MastAG基因发生选择性拼接, 形成I区和K区缺失的mastag_2蛋白和K区和C区缺失的mastag_3蛋白, 导致星花木兰的花瓣数目增加。

植物miRNA通过与靶基因互补位点结合, 抑制或降解靶基因mRNA的翻译; 其中, miRNA159、miRNA160、miRNA167、miRNA169、miRNA172和miRNA319等在参与调控植物花器官发育方面发挥着关键作用。拟南芥miRNA159在赤霉素途径中起着重要作用，通过降解其靶基因GAMYB, 进而抑制LEAFY基因转录和花药发育; 进一步研究发现, miRNA159作为调控开关, 在营养器官抑制其靶基因MYB33和MYB65的表达, 并将MYB33和MYB65基因限制在花药中表达。水稻miRNA159通过降解其靶基因OsGAMYB, 导致花药和花粉败育。在拟南芥中,miRNA160的3′调控区插入1个Ds转座子形成的突变体, 表现出花型不规则和花粉育性降低。拟南芥miRNA167通过降解靶基因ARF6和 ARF8的转录, 导致胚珠珠被生长停止、花药异常和花粉败育。矮牵牛BLIND (BL)基因和金鱼草FISTULATA (FIS)基因编码的miRNA169,通过降解靶基因NF-YA后, 进而抑制C类基因在外两轮花器官中的活性。在开花早期, miRNA172通过降解拟南芥内两轮花器官中AP2 mRNA, 进而调控拟南芥开花时间，此外miRNA172 是一个应答环境温度的miRNA。miRNA172 自身也受到miRNA156 的调控，miRNA156主要调控植物幼年期的生长。miRNA319通过调控TCP转录因子, 进而调控花瓣和雄蕊的发育; 同时miRNA319突变体拟南芥花瓣变得窄小, 雄蕊的花药出现缺陷。

随着基因组测序技术的不断发展, 全基因组范围的基因表达检测水平日益提高, 极大地推动了多年生木本植物花发育分子机理的研究。大量的被子植物花发育转录组分析表明, 不同发育阶段间差异表达基因的鉴定及其表达模式的确定为综合理解复杂的分子调控网络途径提供了基础。荔枝( Litchi chinensis )花器官发育的转录组分析表明, MADS-box和激素合成相关基因在花发育过程起重要作用。Liu等通过茶树( Camellia sinensis )花发育的转录组研究, 发现花器官发育过程中WRKY、ERF、bHLH、MYB和MADS-box等转录因子基因家族显著上调（Liu等，2017）。杜鹃红山茶( Camellia azalea )花发育的转录组分析揭示了花器官发育过程中MADS-box基因家族中的SVP和AGL24-like基因显示出特异的表达模式。番荔枝( Annona squamosa )花发育的转录组研究表明, 一些关键基因FT、SOC1、CO和MADS-box等在花器官发育中扮演着重要角色。毛竹( Phyllostachys edulis )花形成和发育的转录组分析表明, MADS-box基因的表达显著上调。

被子植物花器官发育模型多样性的研究主要源于三个不同目的: 一是更好地理解多变的花器官突变现象; 二是揭示被子植物花器官发育过程的共同特点; 三是目前的模型均无法概括所有被子植物花器官发育过程。随着大量花发育过程相关基因调控研究的积累, 花发育模型也在不断补充和发展。基于这些花同源异型突变体研究提出的多种发育模型, 成功解释了植物花突变现象。但是, 花器官发育的四聚体复合物激活或抑制特异目标基因的机制有待于进一步的揭示和验证。

MIKC型MADS-box基因重复导致不同进化系中基因的C区产生新的基序, 产生功能分化的新基因; 新基因通过改变与其他基因的结合能力, 形成不同类型蛋白四聚体或新的表达区域, 参与花器官形态分化。因此, 被子植物一些大类群的形态创新时间与MADS基因发生基因重复时间高度一致。但是, MIKC型蛋白作为转录因子, 其调控的特异靶基因依然难以确定。主要体现在两方面: 一是拟南芥基因组上存在大量与CArG-box序列相似的DNA序列元件, 几乎每一个基因都拥有一个结合MIKC型转录因子的位点, 导致难以判断MIKC型蛋白对应的特异目标基因的CArG-box基序; 二是拟南芥基因组上至少有45种不同MIKC型蛋白存在高度保守的DNA结合M结构域, 并且很多蛋白的DNA特异结合域非常相似。但是, 不同花同源异型蛋白的特异靶基因序列差异很大, 导致不同花同源异型基因的突变表型明显不同; 靶基因的CArG-box序列、结构特性和转录辅助因子在花同源蛋白四聚体复合物的靶基因识别过程中均扮演重要角色。

miRNA通过调控其靶基因, 进而对被子植物花器官的发育产生影响。这些miRNAs在调控花器官发育的同时, 也会影响到其他器官形成和发育。例如, 拟南芥miRNA159除通过其靶基因调控花药发育外, 还参与糊粉层的发育和细胞程序化死亡, 并对种子萌发产生影响。在拟南芥中,miRNA160还参与调控叶形对称、花序形成、茎和根的生长等发育进程。目前, 调控花器官发育的miRNA研究主要集中在拟南芥、水稻、金鱼草和矮牵牛等模式植物, 未来应拓宽到其他被子植物花器官发育研究领域。

模式植物花器官发育基因的功能解析, 揭示了被子植物花器官发育的机理, 但是多年生被子植物花发育的研究依然缺乏。利用同源基因克隆和表达分析的研究手段均参考了模式植物的研究成果, 因而限制了多年生植物特异基因的挖掘。高通量转录组测序极大地推动了多年生被子植物花器官的关键基因挖掘和分子调控网络研究, 提高了人们对多年生被子植物花器官发育的整体理解。因此, 随着生物技术和生物信息分析的不断发展, 被子植物花器官发育的分子调控研究将会有更大的突破, 并可为遗传改良和基因工程提供重要的理论基础。

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