发育依赖于分子梯度的精确塑造，但自然选择如何作用于这些梯度以实现极高的精度，一直是进化生物学领域的核心难题。在自然界中，蜜蜂倾向于访问花色对比鲜明的花朵，花色梯度模式的细微变化足以影响传粉者的选择偏好，进而驱动植物的适应性进化。金鱼草（Antirrhinum majus）作为经典模式植物，其花瓣黄色色素的梯度分布在不同变种间存在显著差异，这为解析自然选择调控形态建成的机制提供了理想模型。

 

    2026年7月17日，中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪团队联合英国约翰·英纳斯中心Enrico Coen团队、奥地利科学与技术研究所David Field团队等，在Science Advances在线发表题为Shaping of developmental gradients through selection on multiple loci in Antirrhinum的研究论文（DOI:10.1126/sciadv.adx2011），系统揭示了自然选择通过作用于多个位点的顺式与反式变异，以乘法交互的方式精细打磨发育形态梯度的进化逻辑。

 

    研究团队在金鱼草两个近缘变种（A.m.m. var. pseudomajus与A.m.m. var. striatum）的杂交带分析中，于2号染色体近着丝粒低重组区发现一个显著的高相对分化岛，并从中鉴定出控制黄色花瓣橙酮合成的关键新基因FLAVIA（FLA），其编码查尔酮4'-O-葡糖基转移酶（4'CGT）。研究发现，striatum来源的FLA^S等位基因通过顺式调控维持平缓的黄色表达梯度，而pseudomajus来源的fla^P等位基因则通过顺式变异限制表达扩散，使梯度急剧变陡；同时反式作用因子SULF通过小RNA抑制FLA表达，进一步协同调控梯度形状。

 

    研究进一步证实，FLA与SULF及另外两个新鉴定位点AURINA（AUN）、CREMOSA（CRE）之间存在乘法交互关系。这四个位点在空间上协同作用， pseudomajus等位基因在花瓣远端的抑制效应相乘叠加，使黄色强度在远端降低达97%。在自然杂交带中，等位基因频率的渐变群宽度与其表型效应大小呈强相关——表型效应越强（如SULF），选择系数越大，渐变群越陡；效应较弱者（如FLA、AUN）渐变群则相对平缓。此外，团队在杂交带中心捕获了高频的重组等位基因FLA^sp（上游triatum来源，下游pseudomajus来源），其在杂交背景下产生了介于双亲之间的梯度表型并获得选择优势，生动诠释了“进化修补”理论。

 

    该项研究首次在定量层面建立了多位点遗传变异与形态发育梯度之间的因果联系，证明即使是效应微小的顺式与反式变异，也能被自然选择在多基因水平上进行精准“捕捉”与累加，从而实现对复杂性状的连续微调，而非依赖单一基因的剧烈突变。这一发现不仅为理解杂交带稳定性、物种边界维持及形态建成的进化可塑性提供了全新的定量框架，也为广义上解析生物体如何通过微效多基因网络响应自然选择、塑造多样化表型奠定了重要的理论基础。

 

    英国约翰·英纳斯中心Desmond Bradley和Louis Boell为论文共同第一作者，约翰·英纳斯中心Enrico Coen教授、奥地利科学与技术研究所David Field教授和遗传发育所薛勇彪研究员为论文共同通讯作者，约翰·英纳斯中心Daniel Richardson、Lucy Copsey、Annabel Whibley以及遗传发育所徐婷和张玉娥参与了该项研究工作。该研究得到英国生物技术与生物科学研究理事会、英国生物技术与生物科学研究委员会-诺里奇研究园生物科学博士培训合作项目以及中国国家自然科学基金的资助。

 

花色表型与F_ST全基因组扫描