文章标题：Chlorophyllase （PsCLH1） and light-harvesting chlorophyll a/b binding protein 1 （PsLhcb1） and PsLhcb5 maintain petal greenness in Paeonia suffruticosa ‘Lv Mu Yin Yu’
中文标题：叶绿素酶（PsCLH1）和采光叶绿素 a/b 结合蛋白 1（PsLhcb1）和 PsLhcb5 维持牡丹‘绿幕隐玉’花瓣的绿色
发表期刊：Journal of Advanced Research
发表时间：2024年9月
影响因子：11.4/Q1
本牡丹‘LMYY’是一个受欢迎的绿色花朵栽培品种。其花朵发育过程分为五个阶段： S1，花蕾紧实期花瓣呈黄绿色；S2，花蕾膨大期花瓣呈浅绿色；S3，花朵初开期花瓣呈深绿色，并从花瓣基部开始脱绿；S4，花朵杯状绽放期花瓣脱绿为浅粉色；S5，花朵绽放期花瓣呈浅粉色。
Chl 是决定花瓣绿度的主要色素。为了进一步分析‘LMYY’花瓣在开花期间的脱绿模式，研究者对Chl含量进行了测量。研究者发现花青素总含量很低，但在花发育和开花期间逐渐增加（S1：0.49、S2：0.56、S3：0.60和S4：1.53 μg/g FW），在 S5 时达到最大值 1.89 μg/g FW，与花瓣颜色一致。
2.开花期间脱绿花瓣的表皮细胞差异观察
人眼对颜色的感知取决于形状各异的花瓣表皮细胞对光线的反射。研究者比较了花朵发育和开花期间五个不同发育阶段的表皮细胞形状。正面表皮细胞的差异最大。值得注意的是，在 S4 的绿色花瓣和淡粉色花瓣中观察到了两种表皮细胞，它们的条纹排列方式不同。表皮细胞形状的差异有助于理解花瓣颜色的变化。
3.花瓣转录组分析以及与Chl降解相关的基因鉴定
结合花瓣中Chl含量和表皮细胞形状的变化，研究者对三个关键发育阶段（S1、S3和S5）的花瓣进行了转录组分析，以确定与Chl降解相关的候选基因。共获得了 32.02 Gb 的干净读数，Q30 值为 94.48% 至 94.78%（平均 94.60%），GC 含量为 45.01%至46.87%（平均 45.73%）（表 S2）。此外，还组装了51535 个单基因，N50为1443 bp。
开花期间，‘LMYY’花瓣中的花青素总含量有所增加。在花青素生物合成途径中，丙二酰 CoA和4-香豆酰 CoA 在查尔酮合成酶（CHS）的作用下缩合生成查尔酮，查尔酮在查尔酮异构酶（CHI）的作用下依次转化为花青素、黄酮 3-羟化酶（F3H）、黄酮 30-羟化酶（F30 H）、二氢黄酮醇 4-还原酶（DFR）和花青素合成酶（ANS）依次转化为花青素。为进一步研究开花期花青素代谢机制，研究者分析了 CHS、CHI、F3H、F30 H、黄酮醇合成酶（FLS）、DFR和ANS 的表达模式（图3 和表 S4），开花（S3~S5）表达下调，表明S3是花瓣颜色从绿色变为淡粉色的关键点。
4.‘LMYY’中PsLhcs的表达模式和序列分析
研究者通过 BLAST 比对进一步确定了 PsLhc 家族基因的所有成员，得到了 23 个 PoLhcs。其中，Pos.gene23725（c27170.graph_c0）和 Pos.gene21676 （c72784.graph_c0）分别位于第 2 和第 4 染色体上。为了了解其进化关系和分组特征，研究者将 23 个 PoLhcs 与 21 个和 27 个 Lhc 蛋白分别从 A. thaliana和M. domestica 中提取出来，并建立系统发生树。研究者共鉴定出 10 个motifs，这些保守motifs的长度从 11 个氨基酸到 50 个氨基酸不等。研究者根据这些结果，将Pos.gene23725和Pos.gene21676 分别命名为 PsLhcb5和PsLhcb1。
5.PsCLH1、PsLhcb1和PsLhcb5的共表达网络和启动子分析
鉴于 PsCLH1、PsLhcb1和PsLhcb5 之间的功能关系，研究者对 PsCLH1、PsLhcb1和PsLhcb5 的共表达网络进行了研究。结果显示，23个共表达基因富集于光合作用、卟啉和络氨酰代谢、光合作用天线蛋白、次生代谢产物的生物合成和代谢途径，表明它们在花瓣绿度维持中的协调功能。此外，它们的启动子上还存在甲基化茉莉酸（MeJA）、辅助因子响应和 MYB 结合元件，表明它们可能受到植物激素和 MYB 转录因子的调控。
总之，本研究结果表明，‘LMYY’绿色花瓣在开花期间的Chl和花青素代谢平衡是一个调节模型。这两个过程之间的关系就像一个天平，天平倾斜的一边呈现一种颜色。PsLhcb1和PsLhcb5 的表达能调节Chl的积累，促进花瓣变绿。PsCLH1 的表达加速了Chl的降解，促进了花瓣脱绿。S3 为临界点，此时花青素生物合成途径基因（CHI、F30 H、DFR 等）表现出高表达水平，而Chl降解基因 PsCLH1和PsLhcs 相互配合，调控花期牡丹‘LMYY’花瓣的Chl积累和脱绿。
文章小结
