【Plant Cell】植物所揭示大岩桐属套筒花重复发生的分子遗传机制

学术 2024-11-01 22:07 北京

来源：植物所

重瓣花根据来源主要可划分为两种类型：一是雌雄蕊瓣化的重瓣花，其特点是花瓣数量众多，如牡丹、芍药、月季等；二是花萼瓣化的重瓣花，其特点是各轮花器官数目均正常，仅花萼发生瓣化，如百合、郁金香等。根据花器官身份决定的ABC模型，雌雄蕊瓣化重瓣花的产生通常与C类基因的下调以及A类基因的上调有关，而花萼瓣化重瓣花的产生多与B类基因的上调有关。套筒花因具有两轮花冠筒而得名，是一类比较特殊的花萼瓣化重瓣花。与雌雄蕊瓣化重瓣花相比，花萼瓣化重瓣花较为少见且研究较少，明确被定义为套筒花的研究案例更是寥寥无几。

大岩桐属2个套筒花栽培种

套筒花在苦苣苔科大岩桐亚科大岩桐属中频繁发生，为揭示其分子机制，中国科学院植物研究所王印政研究组以15个套筒花栽培种为研究对象开展研究。科研人员通过对叶绿体DNA和核基因片段的分子系统研究，明确了这些栽培种来源于大岩桐属一个特定支系内不同物种之间的杂交事件，并进一步通过人工杂交确定了这些栽培种的套筒花表型是由单基因的显性突变而导致的。尽管这15个套筒花栽培种形态各异且来源不同，但都获得了一个完全一样的B类MADS-box显性等位基因GLO1-A2。在GLO1-A2起始密码子上游170bp处，研究人员鉴定到一个217bp的微型反向重复转座元件（MITE），并在该MITE中发现多个顺式调控元件，包括2个TCP转录因子结合元件。进一步的RNA-seq以及瞬时基因表达实验证明了2个TCP转录因子对GLO1-A2启动子的转录激活作用。

GLO1-A2等位基因在斑叶草中的特异表达产生套筒花

为了证明GLO1-A2显性等位基因的功能，研究人员将GLO1-A2启动子与野生型GLO1基因的蛋白编码区组合，然后转化斑叶草，最终获得了具有套筒花表型的大量转基因株系，充分证明了GLO1-A2显性等位基因在控制套筒花形成中的充分必要作用。最后，通过对11个野生种的研究，研究人员发现GLO1-A2显性等位基因以及插入GLO1-A2启动子区域的MITE均来源于深红大岩桐，但是它们在深红大岩桐基因组中属于两个不相关的基因座，这也符合该物种的单花表型。

大岩桐属套筒花频繁起源的分子遗传机制

该研究强调了大岩桐属特定支系内广泛的杂交事件在套筒花重复起源中的重要意义，所鉴定的GLO1-A2显性等位基因在苦苣苔科花卉新品种创制方面也有着重要的潜在应用价值。

该研究成果于10月18日在线发表于国际学术期刊The Plant Cell上。植物所杨霞副研究员为第一作者和通讯作者，已毕业博士生刘琦以及国家植物园北园王苗苗高级工程师为论文共同第一作者。植物所王印政研究员和刘静副研究员分别对本研究提供了指导和帮助。该研究得到了北京市自然科学基金以及中国科学院青年创新促进会项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae283

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