揭示达尔文“讨厌之谜”的遗传线索

长期以来，人们一直认为植物和动物传粉者之间强大的共同进化关系是现存27.5万种开花植物中高物种化率的潜在驱动力。大黄蜂、蜂鸟、天蛾和蝙蝠等传粉者之间的转变，往往与植物标本化事件同时发生。这些授粉者“公会”中的每一个都被一组不同的花卉性状所吸引，如颜色、图案、气味、形状和花蜜奖励等，统称为“授粉综合征”。到目前为止，除了在一些发展中的模型系统中，参与授粉者转变驱动的规格化的性状的详细遗传学仍然不清楚。

在一项新的研究中，研究人員开始在实验室中设计一个授粉者开关，可以反映自然界中一个新物种的起源。他们选择了Mimulus（猴面花）科Erythranthe属中的一个物种。他们对两个花色基因进行了基因改变——有效地合成了一个新的Mimulus物种，其红色色素花青素和黄色类胡萝卜素的含量较低。这些变化是基于对自然界的观察，大多数蜂鸟授粉的花都是红色的，不容易被蜂鸟鹰蛾看到，因为天蛾的视觉敏感度不延伸到较长的红光波长。而天蛾授粉的花朵通常为白色或淡色，反光性强，适应于新月体和夜行鹰蛾的探测。

研究人员用实验室饲养的天蛾，在之前没有接触过花的情况下，测试了由此产生的四种颜色表型——红色、黄色、粉色和白色——的吸引力。

与蜂鸟喜欢的祖先红色相比，天蛾强烈偏爱“衍生”的非红色——黄色、粉色和白色，并在实验期间更频繁地光顾这些淡色的花朵，总时间也更长。

研究发现，只需要研究人员设计的这两个简单的基因变化，就能影响天蛾传粉者的偏好。

“我们预计天蛾会在颜色之间表现出一些偏好，但它们的偏好非常强烈，”研究第一作者、约翰-英尼斯中心的 Kelsey Byers博士说，他曾在华盛顿大学从事这项研究。“我们的研究表明，开花植物授粉综合征的变化可以通过相对较少的基因变化进行，这进一步表明，一个新物种的起源可能只需要几个简单的基因变化。”她补充道。

查尔斯·达尔文曾被他所描述的各种开花植物物种的“讨厌之谜”所吸引——他曾预言，拥有白色花朵和35厘米蜜刺的大彗星兰，一定是由一种（当时未被发现的）具有35厘米探针的天蛾授粉的。正是这样一种天蛾授粉者在他预测几十年后被发现，证实了他的假设。

这项研究同样启发了人们对传粉者转变的植物标本化理解的前瞻性方法——利用实验室中合成的新性状组合进行预测和实验检验。这与经典的回顾性方法形成了鲜明的对比，后者涉及比较相关植物与不同授粉者的关键花卉性状的差异以及这些性状对授粉者偏好的影响。

“我们已经证明，基于授粉综合征和遗传学的基本知识，可以预测走向一个新的、实验合成的鹰蛾授粉植物物种起源的关键步骤。”Byers博士说。

到目前为止，实验仅限于在实验室中使用实验室饲养的昆虫，未来一个潜在的研究方向是在自然界中用野生昆虫测试该假说，以确定一个新物种是否能在外部环境中持久存在。