Genetic origin, developmental mechanism, and evolutionary process of a novel phenotype in Mimulus (monkeyflowers)

酸浆菌(猴花)新表型的遗传起源、发育机制和进化过程

基本信息

  • 批准号:
    10563203
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-03-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The emergence of qualitatively distinct new structures or patterns (e.g., turtle shells, beetle horns, butterfly color patterns, plant flowers) is one of the most fascinating aspects of organismal evolution. How such novel, complex traits have originated and evolved remains one of the most important yet challenging problems of evolutionary biology. It is widely assumed that novel structures or patterns arise by co-option or rewiring of pre-existing developmental programs, but we know very little about the specific genetic changes that trigger such co-option or developmental rewiring, how the genetic changes translate to novel phenotypes, what kind of developmental pre-settings or cryptic pre-patterns are required for the the trigger gene(s) to produce the novel phenotype and how these cryptic pre-patterns come about, and how the novel phenotypes rise in frequency in natural habitats (i.e., the evolutionary process). This project is to address these fundamental questions by studying a novel, qualitatively distinct, pigmentation pattern that evolved very recently in a wild population of Mimulus verbenaceus (crimson monkeyflower), a species amenable to genetic and developmental manipulations as well as evolutionary analyses or/and ecological interrogations. We propose to: (i) Identify the causal gene and mutation(s) underlying the novel pigmentation pattern by genetic mapping and transgenic experiments; (ii) Characterize the developmental pre-settings (cryptic pre- patterns) required for the formation of the novel pigmentation pattern by identifying multiple upstream activators and repressors, through analysis of chemically induced mutants with altered pigmentation patterns; (iii) Elucidate the evolutionary process through which the novel phenotype rose in frequency in the natural habitat by population genomics analyses and field experiments. We anticipate that these studies will, for the first time, provide a detailed view of the genetic and developmental mechanisms as well as the evolutionary process driving the emergence of a novel phenotype in nature. The successful completion of this project is also expected to help move the field forward by shifting the focus from correlational studies and just-so stories of morphological innovations that happened in the distant past, to rigorous genetic, developmental, and evolutionary analyses of novel phenotypes that are still in the initial stage of emergence.
项目概要 质量上不同的新结构或图案的出现(例如,龟壳、甲虫角、蝴蝶 颜色图案、植物花朵)是有机体进化中最迷人的方面之一。怎么这样 新颖、复杂的特征的起源和进化仍然是最重要但最具挑战性的特征之一 进化生物学问题。人们普遍认为新颖的结构或模式是通过共同选择或 重新布线预先存在的发育程序,但我们对具体的基因变化知之甚少 触发这种共同选择或发育重新布线,基因变化如何转化为新的 表型,触发器需要什么样的发育预设或神秘的预设模式 产生新表型的基因以及这些神秘的预模式是如何产生的,以及新的表型是如何产生的 表型在自然栖息地中的频率增加(即进化过程)。该项目旨在解决 通过研究一种新颖的、性质独特的、进化的色素沉着模式来解决这些基本问题 最近,在野生的 Mimulus verbenaceus(深红猴花)种群中发现了这种现象,这是一种适合于 遗传和发育操作以及进化分析或/和生态询问。 我们建议:(i)通过以下方式识别新型色素沉着模式背后的致病基因和突变: 遗传图谱和转基因实验; (ii) 描述发展预设的特征(神秘的预设) 通过识别多个上游形成新的色素沉着模式所需的模式) 通过分析化学诱导的色素沉着改变的突变体来确定激活剂和阻抑剂 图案; (iii) 阐明新表型在人类中频率上升的进化过程 通过群体基因组学分析和现场实验来研究自然栖息地。我们预计这些研究 将首次提供遗传和发育机制以及 进化过程推动了自然界中新表型的出现。顺利完成 该项目预计还将通过转移相关研究的焦点来帮助推动该领域的发展 以及发生在遥远的过去的形态创新的故事,严格的遗传, 对仍处于初始阶段的新表型进行发育和进化分析 的出现。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Evolution: The art of deceptive pollination.
进化:欺骗性授粉的艺术。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-04-24
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    LaFountain, Amy M;Yuan, Yao
  • 通讯作者:
    Yuan, Yao
To stripe or not to stripe: the origin of a novel foliar pigmentation pattern in monkeyflowers (Mimulus).
条纹或不条纹:猴花(Mimulus)新颖的叶色素沉着模式的起源。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    LaFountain, Amy M;McMahon, Hayley E;Reid, Noah M;Yuan, Yao
  • 通讯作者:
    Yuan, Yao
Repressors of anthocyanin biosynthesis.
花青素生物合成的抑制剂。
  • DOI:
    10.1111/nph.17397
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    LaFountain AM;Yuan YW
  • 通讯作者:
    Yuan YW
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