近日，河南农业大学尚富德教授领衔的资源植物种质与分子生理、功能基因组学团队在桂花的分子生物学研究方面取得了重要研究成果，并在国际知名期刊《New Phytologist》《Plant Physiology》发表了桂花异构体调控花期及品种间花色差异分子机理解析系列研究论文。该研究结果为桂花生物学和功能基因组学研究提供了基因组资源，为桂花花期及花色等性状形成和改良提供理论基础。
团队成功完成了两个桂花品种：‘玉帘银丝’（‘YLYS’）和‘状元红’（‘ZYH’）基因组序列的组装，综合多组学数据来探究桂花四个品种群的分化顺序，认为四季桂品种最先分化，随后是丹桂，金桂和银桂最后分化。团队研究发现，丹桂（Aurantiacus 组）和其他三组（Albus、Luteus 和 Asiaticus）之间的花色差异并非由于OfCCD4（类胡萝卜素裂解双加氧酶 4）基因结构的差异，而是由于其启动子区域的4个碱基对（4-bp）缺失导致OfCCD4 基因表达显著下降。OfCCD4是影响类胡萝卜素降解的关键基因，其表达量的降低阻止了类胡萝卜素的降解，从而导致花色呈现红色。
图 1 桂花品种‘玉帘银丝’和‘状元红’基因组
团队在前期发表在《Annals of Botanay》桂花异构体调控开花时间的论文基础上进一步全面地总结了PIs在植物中的起源、功能、调控模式，并讨论了它们对未来分子生态学和分子生物学研究的挑战和机遇。蛋白质异构体（PIs）是通过替代剪接（Alternative Splicing, AS）、替代多聚腺苷酸化（Alternative Polyadenylation, APA）、替代起始（Alternative Initiation, AI）和核糖体移码（Ribosomal Frameshifting, RF）事件产生的同一基因的多个蛋白质版本。综述文章认为PIs的存在不仅显著增加了基因组信息的复杂性，而且极大地丰富了调控网络，增强了其灵活性。它们可能在表型多样性、生态位分化和物种形成中发挥重要作用，从而扩展了分子生物学及分子生态学的研究维度。文章进一步总结了植物中PIs的代表性例子，并根据现有研究归纳了它们的调控模式，包括差异亚细胞定位、差异互作结构域、蛋白质复合体的差异降解速率以及不同异构体之间的竞争或干扰。文章最后提出了未来研究PIs的关键领域，包括使用冷冻电镜和X射线晶体学分析PIs的三维结构特征、利用空间转录组学确定PIs的时空表达模式，以及研究PIs在植物代谢调控、环境适应、器官发育和物种形成中的分子机制。
图 2 异构体在植物中的作用
以上研究得到国家自然科学基金（32360307, 32371911）、“十四五”国家重点研发计划（2022YFD2200100）、河南省重大公益专项（201300110900）、河南省研究生教育改革与质量提升工程(HNYJS2020JD08)等项目的资助。团队成员李永教授为论文第一作者，尚富德教授为论文通讯作者，青年教师王一涵、郭朋、刘红利、刘燕培、林楠及博士研究生夏贺笑也参与了该系列工作。该研究得到了美国东卡大学黄锦岭教授、牛津大学Cushman教授、中国农业大学马男教授、中山大学李霖锋教授的大力支持。
尚富德课题组长期从事桂花进化生物学及花色、花香和花期调控机制研究，近年来在桂花品种分化和起源、花色和花香形成机制、多季开花调控机理等方面做出了创新性的研究工作。相关成果在国际著名期刊New Phytologist、Plant Physiology 、Annals of Botanay等杂志发表，主持国家自然科学基金项目6项，“十四五”国家重点研发计划子课题、科技创新2030-国家重大项目子课题各1项。
