植物歷經漫長的適應性進化，催生出豐富多元的物種譜系。這些物種既共享植物界的核心生物學特征，又各自攜帶著獨特的“遺傳印記”。
“基因決定性狀”是當前生命科學領域廣泛認可的核心命題。但在進化維度上，一個關鍵謎題始終懸而未決：植物如何從頭產生新基因，并將其成功整合進基因組，進一步塑造為“功能成熟”的基因單元，最終推動物種在進化歷程中展現出差異化的表型特征？
寧國貴教授（右）和李亞軍博士（左）。張鴻悅攝9月2日晚，Cell在線發表了華中農業大學教授寧國貴團隊的一項研究成果，這項研究揭示了月季香氣新基因起源的新機制。這是中國科學家發表在Cell上的第一篇關于月季研究的文章。
研究團隊以月季資源為模式材料，圍繞一個調控月季花香的新基因展開系統研究，揭示了自然界中全新基因從零構建的完整過程，闡明了該新基因實現表達增強的分子機制，以及其驅動表型效應產生的內在邏輯。
藏在薔薇家族中的花香“調控師”
在對不同月季資源香氣特征的研究中，研究團隊聚焦木香花的兩種香型變種，通過基因組成的精細對比，成功鑒定出一個此前未被報道的全新基因，團隊將該基因命名為SCREP。
科學家進一步研究揭示，該基因在復雜的基因組中具備獨特的“存活機制”：一旦啟動表達，便能顯著抑制關鍵芳香物質——丁香酚的生物合成，展現出對香氣代謝通路的強效調控作用。
更具科學意義的是，該新基因的起源模式打破了傳統認知——它并非通過錯誤復制舊基因、融合或拆分現有基因而產生，而是從一段原本無功能的“非編碼 DNA”片段中全新演化形成。
專家介紹，新基因SCREP的形成并非一蹴而就，而是在進化中歷經多步驟精巧“拼裝”而來。大約6300萬年前，同為薔薇亞科物種的樹莓里驟然出現了SCREP基因的外顯子片段，但彼時，這些片段僅為沉默的“基因積木”，未形成功能序列，無法參與生理過程。
大約1600萬年前，隨著薔薇屬植物的演化，這些零散的DNA片段在基因組中逐漸演變、整合與重組，最終構建出可編碼蛋白質的完整基因框架——SCREP基因自此正式進入進化舞臺，具備了發揮功能的基礎結構。
僅有完整框架仍不足以讓SCREP基因發揮其強大功能。研究人員發現，一段名為MITE的“跳躍基因”插入了SCREP的啟動區域，如同為其裝上“能量電池”。
這一插入事件不僅使SCREP基因能在薔薇花中穩定表達，還助力其在薔薇家族的繁衍中實現代代遺傳，甚至在部分個體基因組中復制出多個副本，擴大了基因的作用范圍。
新基因如何精準調控月季花香
研究人員介紹，丁香酚是部分不同香型月季的核心物質，其合成過程依賴四個關鍵酶基因的協同作用——RbCOMT1、RbCCR1、RbEGS2和RbREF1。這四個基因如同花香“生產線”上的“核心元件”，SCREP基因則在這條生產線上扮演“精準調度員”的角色。
一方面，它會抑制COMT、CCR、EGS這三個元件的活性，另一方面，它能激活REF1這一元件，從而精細調控丁香酚及其前體物質的積累。試驗證明，SCREP的功能可整合到植物苯丙烷代謝網絡，直接影響丁香酚的生物合成。
為驗證SCREP基因功能在薔薇家族中的保守性及在植物中的普遍性，研究團隊進一步開展了跨物種實驗：從木香花、月季、玫瑰等四種代表性薔薇植物中提取SCREP基因，將其導入原本不含該基因的草莓與矮牽牛中。
結果顯示，導入SCREP基因的草莓、矮牽牛，其體內丁香酚含量均顯著降低，證明SCREP是一個功能保守的“香氣開關”，在不同植物中可穩定發揮作用。
此外，在涵蓋野生種、古老栽培種及現代栽培種的香氣成分分析中，研究團隊還發現一個規律：SCREP基因普遍存在于進化程度較高或經人工選育的薔薇品種中；而那些缺少SCREP基因，或其啟動區域未插入MITE“跳躍基因”（即無“能量電池”）的野生及栽培種，往往能釋放更多的丁香酚揮發物質。
“這也表明，SCREP基因的有無及表達強度，正是塑造薔薇屬植物多樣花香“性格”的核心因素之一。”寧國貴說。
該研究不僅解開了“有的花為什么不香”的問題，而且首次完整記錄了一個新基因從“零”到“成熟功能基因”的全過程，清晰呈現了基因起源的特殊路徑。
有專家表示，這一研究成果為科研人員重新審視新生基因的形成機制、功能進化路徑及表型分化機制提供了理論支撐，也為從頭設計并合成具備特定功能的全新基因提供了新思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.011
本文鏈接：科學家找到月季花的“香氣開關”http://m.sq15.cn/show-11-25618-0.html
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