基因表达模式是基因的基本属性，其在进化中的改变及分子机制研究是进化生物学的重要内容。然而，由于表达模式的复杂性，相关研究仍存在许多未解之谜。中国科学院植物研究所孔宏智研究组以拟南芥中的APETALA1（AP1）和CAULIFLOWER（CAL）基因为例，深入探讨了重复基因表达分化的模式、过程和机制。

研究发现，AP1和CAL作为基因组加倍事件产生的重复基因，在表达的时间、空间和表达量上均存在显著差异。这些差异与调控区内转录因子结合位点的存在与否密切相关。其中，AP1调控区的一个关键位点CArG box被鉴定为导致两个基因表达分化的重要原因。该位点使AP1能够自我调控并接受CAL的调控，从而维持较高的表达水平。进化分析表明，该自调控位点是在拟南芥和琴叶拟南芥的最近共同祖先中通过碱基修饰获得的。

进一步研究揭示，AP1和CAL的调控元件差异是逐步积累的结果。AP1保留了祖先所有转录因子结合位点并获得了新的调控元件，而CAL在进化早期丢失了多个转录因子结合位点。这些发现表明重复基因的表达分化是一个复杂的动态过程，无法用简单的经验模型解释。

该研究不仅阐明了AP1和CAL表达分化的分子机制，还揭示了调控元件和表达模式进化的特点，为理解基因表达进化提供了新的视角。研究成果于4月5日在线发表在Plant Physiology期刊上。孔宏智研究组博士生叶玲玲和博士毕业生王斌为论文的并列第一作者。研究得到了国家自然科学基金、中科院创新交叉团队项目和中科院青年创新促进会的资助。