科学家发现植物中隐藏了4亿年的古老DNA“开关”

不同物种间许多基因及其功能高度相似，哪怕它们在数亿年前就已分化——这一现象在动植物中都很常见。但控制基因何时开启或关闭的DNA（即调控DNA）是否也如此保守，长期存疑。过去几十年，一些研究者甚至认为植物中根本不存在长期保守的调控DNA。最新发表于《科学》杂志的研究颠覆了这一认知：冷泉港实验室（CSHL）联合全球多家机构，利用自主研发的新计算工具“Conservatory”，在284个植物物种共314个基因组中系统识别出超过230万个保守非编码序列（CNSs）。这些序列是调控基因表达的关键‘开关’，部分可追溯至4亿多年前——早于开花植物与其无花祖先的分化。研究人员通过精细比对数百种植物中基因簇的微小结构特征（如基因排列顺序和邻近关系），而非依赖传统的大段序列相似性比对，从而发现了以往方法遗漏的大量CNSs。团队还总结出植物调控DNA演化的三大规律：一是CNSs在染色体上的相对顺序稳定，即使物理间距变化；二是基因组重排时，CNSs可能被‘重新分配’给不同基因；三是基因复制后，古老的CNSs常被保留并加以改造，成为新生调控元件的来源——这正是动物研究方法难以在植物中奏效的关键原因。该成果构建了首个覆盖数十种农作物及其野生近缘种的植物调控保守性全景图谱，不仅助力育种家精准设计抗旱、高产等农艺性状，更从根本上拓展了人类对生命演化机制的理解，为高效定向改良作物提供了全新路径。