植物历经漫长的适应性进化，催生出丰富多元的物种谱系。这些物种既共享植物界的核心生物学特征，又各自携带着独特的“遗传印记”。

“基因决定性状”是当前生命科学领域广泛认可的核心命题。但在进化维度上，一个关键谜题始终悬而未决：植物如何从头产生新基因，并将其成功整合进基因组，进一步塑造为“功能成熟”的基因单元，最终推动物种在进化历程中展现出差异化的表型特征？

宁国贵教授（右）和李亚军博士（左）。张鸿悦摄

9月2日晚，Cell在线发表了华中农业大学教授宁国贵团队的一项研究成果，这项研究揭示了月季香气新基因起源的新机制。这是中国科学家发表在Cell上的第一篇关于月季研究的文章。

研究团队以月季资源为模式材料，围绕一个调控月季花香的新基因展开系统研究，揭示了自然界中全新基因从零构建的完整过程，阐明了该新基因实现表达增强的分子机制，以及其驱动表型效应产生的内在逻辑。

藏在蔷薇家族中的花香“调控师”

在对不同月季资源香气特征的研究中，研究团队聚焦木香花的两种香型变种，通过基因组成的精细对比，成功鉴定出一个此前未被报道的全新基因，团队将该基因命名为SCREP。

科学家进一步研究揭示，该基因在复杂的基因组中具备独特的“存活机制”：一旦启动表达，便能显著抑制关键芳香物质——丁香酚的生物合成，展现出对香气代谢通路的强效调控作用。

更具科学意义的是，该新基因的起源模式打破了传统认知——它并非通过错误复制旧基因、融合或拆分现有基因而产生，而是从一段原本无功能的“非编码 DNA”片段中全新演化形成。

专家介绍，新基因SCREP的形成并非一蹴而就，而是在进化中历经多步骤精巧“拼装”而来。大约6300万年前，同为蔷薇亚科物种的树莓里骤然出现了SCREP基因的外显子片段，但彼时，这些片段仅为沉默的“基因积木”，未形成功能序列，无法参与生理过程。

大约1600万年前，随着蔷薇属植物的演化，这些零散的DNA片段在基因组中逐渐演变、整合与重组，最终构建出可编码蛋白质的完整基因框架——SCREP基因自此正式进入进化舞台，具备了发挥功能的基础结构。

仅有完整框架仍不足以让SCREP基因发挥其强大功能。研究人员发现，一段名为MITE的“跳跃基因”插入了SCREP的启动区域，如同为其装上“能量电池”。

这一插入事件不仅使SCREP基因能在蔷薇花中稳定表达，还助力其在蔷薇家族的繁衍中实现代代遗传，甚至在部分个体基因组中复制出多个副本，扩大了基因的作用范围。

新基因如何精准调控月季花香

研究人员介绍，丁香酚是部分不同香型月季的核心物质，其合成过程依赖四个关键酶基因的协同作用——RbCOMT1、RbCCR1、RbEGS2和RbREF1。这四个基因如同花香“生产线”上的“核心元件”，SCREP基因则在这条生产线上扮演“精准调度员”的角色。

一方面，它会抑制COMT、CCR、EGS这三个元件的活性，另一方面，它能激活REF1这一元件，从而精细调控丁香酚及其前体物质的积累。试验证明，SCREP的功能可整合到植物苯丙烷代谢网络，直接影响丁香酚的生物合成。

为验证SCREP基因功能在蔷薇家族中的保守性及在植物中的普遍性，研究团队进一步开展了跨物种实验：从木香花、月季、玫瑰等四种代表性蔷薇植物中提取SCREP基因，将其导入原本不含该基因的草莓与矮牵牛中。

结果显示，导入SCREP基因的草莓、矮牵牛，其体内丁香酚含量均显著降低，证明SCREP是一个功能保守的“香气开关”，在不同植物中可稳定发挥作用。

此外，在涵盖野生种、古老栽培种及现代栽培种的香气成分分析中，研究团队还发现一个规律：SCREP基因普遍存在于进化程度较高或经人工选育的蔷薇品种中；而那些缺少SCREP基因，或其启动区域未插入MITE“跳跃基因”（即无“能量电池”）的野生及栽培种，往往能释放更多的丁香酚挥发物质。

“这也表明，SCREP基因的有无及表达强度，正是塑造蔷薇属植物多样花香“性格”的核心因素之一。”宁国贵说。

该研究不仅解开了“有的花为什么不香”的问题，而且首次完整记录了一个新基因从“零”到“成熟功能基因”的全过程，清晰呈现了基因起源的特殊路径。

有专家表示，这一研究成果为科研人员重新审视新生基因的形成机制、功能进化路径及表型分化机制提供了理论支撑，也为从头设计并合成具备特定功能的全新基因提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.011