植物所揭示牡丹色斑形成的分子機制

新聞 01-09

植物的花瓣中會出現色素分布差異，從而形成斑點或條紋等。這種色斑性狀在百合科、蘭科、菊科、罌粟科、蝶形花科和芍藥科等多種植物類群中出現，尤其是現代許多栽培品種擁有新奇色斑。色斑的大小、顏色和分布是植物進化、自然選擇和人工選擇創新的綜合結果，對於提高植物的觀賞價值具有重要作用。因此，關於色斑形成的分子機制是國內外研究的熱點。牡丹被譽為「花中之王」，是我國特有的傳統名貴花卉，在中國乃至世界花卉發展史上佔有重要的地位。牡丹花瓣基部的色斑是其重要的觀賞特色之一，也是牡丹品種和品種群分類的重要依據。目前少數學者從斑與非斑的形態差異、轉錄組差異等方面展開了研究，但關於色斑形成的分子機制尚不清楚。

中國科學院植物研究所王亮生研究組長期從事牡丹花色形成機制研究。研究人員前期調查了375個牡丹品種的花色分布，發現帶斑的品種佔50.4%，其中西北牡丹品種斑色更加豐富，包括黑、黑紫、棕紅和紫紅色等不同色澤的色斑。針對35個西北牡丹品種中花瓣的色斑與非斑部分的花青苷組成分析顯示，色斑與非斑部分的色素均由6種花青苷組成，分別是Pn3G5G、Pn3G、Cy3G5G、Cy3G、Pg3G5G和Pg3G；其中，部分品種的色斑與非斑中的花青苷種類相同，但色斑中以Cy3G為主，非斑中以Pn3G5G為主。研究人員進一步選擇西北牡丹品種「青海湖銀波」為研究材料，獲得了斑中特異表達的PsMYB12 (R2R3-MYB)和PsCHS基因。研究發現，PsMYB12可以結合PsCHS啟動子，激活其表達；PsMYB12基因沉默後PsCHS基因表達量顯著降低，並使得花斑變小；PsMYB12異源過量表達轉化煙草改變了轉基因煙草的花色分布模式。此外，研究人員還獲得與PsMYB12互作的bHLH和WD40蛋白，並通過試驗證明PsMYB12與bHLH和WD40形成複合體能夠激活PsCHS啟動子，但無法激活突變後的啟動子。

該研究據此提出PsMYB12-bHLH-WD40形成複合體調控PsCHS在斑中特異表達、進而形成色斑的分子機制。這一結果為牡丹花色調控和黑牡丹分子育種提供了重要依據，豐富了被子植物花色素分布和色斑形成的分子機理。

該研究成果於1月7日正式發表於國際學術期刊Plant and Cell Physiology。王亮生研究組博士後顧釗宇為該論文的第一作者，副研究員舒慶艷和研究員王亮生為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目的資助。