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科研進(jìn)展
昆明植物所在蘭花花色形成的調(diào)控機(jī)制研究上取得新進(jìn)展 文章來(lái)源:資源室 | 發(fā)布時(shí)間:2025-01-24 | 作者:董秀梅 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 花色不僅是植物吸引傳粉者的重要特征,在繁衍中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,而且是花卉的主要觀賞性狀。因此,解析花色形成的調(diào)控機(jī)制是開(kāi)展花色定向育種的基礎(chǔ)。蘭科(俗稱蘭花)以花色、花形、花香豐富多樣而著稱,是世界主要的商品花卉,尤其大花蕙蘭(雜交品種系列)、蝴蝶蘭是我國(guó)主要的“年宵花”,但目前關(guān)于蘭花花色形成的調(diào)控機(jī)制還鮮有報(bào)道。碧玉蘭(Cymbidium lowianum)是大花惠蘭的重要育種親本,其萼片、花瓣和唇瓣具有獨(dú)特的著色模式,唇瓣近軸端為淺黃色,遠(yuǎn)軸端具有一個(gè)明顯V型斑塊。正常碧玉蘭個(gè)體唇瓣遠(yuǎn)軸端的V型斑塊為紅色,素花突變個(gè)體唇瓣遠(yuǎn)軸端的V型斑塊為黃色(圖1),為探究蘭花花色變異和唇瓣顏色分化的潛在機(jī)制提供了一個(gè)極好的模型。 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所張石寶研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事蘭科植物的保護(hù)和利用研究。該團(tuán)隊(duì)前期為了建立碧玉蘭花不同發(fā)育階段和不同組織間基因相對(duì)定量的比較分析體系,通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,篩選并驗(yàn)證了碧玉蘭花不同發(fā)育階段和不同組織中穩(wěn)定表達(dá)的內(nèi)參基因是EF1δ和60S(Dong et al.,2022)。 近期,該團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)正常和突變碧玉蘭個(gè)體的花唇瓣不同部位進(jìn)行代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合分析表明,花青素-3-?o?-葡萄糖苷含量在V型紅色唇瓣斑塊中高于其它唇瓣組織,是決定碧玉蘭唇瓣顏色分化及變異的關(guān)鍵代謝物。在花發(fā)育過(guò)程中,花青素、類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素協(xié)同影響萼片和花瓣的顏色?;ㄇ嗨睾铣苫?/span>F3’H、類(lèi)胡蘿卜素合成基因BCH和葉綠素合成基因HEMG和CHLI是影響碧玉蘭花色的關(guān)鍵色素合成基因;MYB14-1、MYB111、MYB308-1、PIF4-2是關(guān)鍵的調(diào)控因子。通過(guò)轉(zhuǎn)基因手段對(duì)色素合成酶編碼基因進(jìn)行了功能驗(yàn)證,結(jié)果表明過(guò)表達(dá)F3'H可增加過(guò)表達(dá)植株花青素含量,過(guò)表達(dá)BCH增加類(lèi)胡蘿卜素含量,而過(guò)表達(dá)HEMG和CHLI均可增加葉綠素含量。對(duì)色素合成關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的順式作用元件分析,發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)子區(qū)都含有MYB和bHLH結(jié)合位點(diǎn)。雙熒光素酶酶活實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),MYB308-1激活BCH表達(dá),MYB111和PIF4-2激活HEMG和CHLI的表達(dá)。有意思的是,MYB14-1可通過(guò)激活F3'H表達(dá)或抑制CHLI表達(dá)調(diào)控花青素和葉綠素合成,參與花色形成調(diào)控,這個(gè)過(guò)程可能通過(guò)與PIF4-2相互作用發(fā)揮功能。該研究為認(rèn)識(shí)蘭花花色形成的調(diào)控機(jī)制提供了有價(jià)值的見(jiàn)解,為蘭花分子育種奠定了重要的基礎(chǔ)。 該研究成果以Spatial and temporal regulation of flower coloration in?Cymbidium lowianum為題在線發(fā)表于國(guó)際經(jīng)典植物學(xué)雜志Plant,Cell & Environment。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所助理研究員董秀梅為該論文第一作者,張石寶研究員為通訊作者,張偉副研究員和涂夢(mèng)玲博士參與了該工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32170393)、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目和面上項(xiàng)目(202201AU070123,202301AT070306)、云南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(202403AC100032)和云南省高層次人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(YNWR-CYJS-2020-023)的經(jīng)費(fèi)支持。 圖1?參與碧玉蘭唇瓣顏色變異和分化的關(guān)鍵代謝物和結(jié)構(gòu)基因 圖2?碧玉蘭花色形成的調(diào)控機(jī)制模式圖 |
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