中国科学报■科学家首次揭示兰花异彩纷呈的分子机制

【中国科学报■科学家首次揭示兰花异彩纷呈的分子机制】

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卡特兰栽培种KOVA的花色特点和转录组、代谢组采样方案
兰科植物的萼片和由花瓣特化出的唇瓣，通常拥有丰富的颜色，因而其花色图案也拥有丰富的多样性。 2月28日，《通讯—生物学》（Communications Biology）在线发表了兰科植物花色图案的形成过程及其分子机制。该结论丰富了人们对花色形成过程和机制的了解，为植物的花色研究和花色育种提供了新的见解和思路。
论文通讯作者、中国林业科学研究院林业研究所研究员王雁介绍，色素在花瓣不同区域的不均衡分布形成了花色图案，它不仅能帮助植物吸引传粉者，还是许多观赏花卉的重要性状。尽管色素在花瓣中的形成机制在许多植物中得到了报道，但是花色图案由不同种类的色素在萼片和花瓣不同区域的特异性积累所形成的机制还没有被系统地描述过。
该研究以卡特兰栽培种KOVA为研究对象， KOVA花在成熟期时萼片和侧瓣显白粉色，上唇瓣显紫红色，下唇瓣显黄色，影响这两种花色形成的色素分别为花色苷和类胡萝卜素。通过对不同发育阶段的花形态解剖观察，根据颜色表型变化确定了用于转录组和代谢组的萼片、侧瓣、上唇瓣和下唇瓣的采样时间节点。
进一步的分析描绘出了花色苷合成通路（ABP）和类胡萝卜素合成通路（CBP）在花中的时空变化。研究人员随后得到了几个参与调控ABP和CBP的潜在R2R3-MYB转录因子，并利用瞬时过表达技术在蝴蝶兰的白色花瓣中验证了这些转录因子。其中RcRCP1能够促使白色花瓣显淡黄色，而RcPAP1和RcPAP2能使花瓣显紫红色。
研究人员还发现，作为花器官身份特征（包括形状和颜色等）的决定因子， MADS-box基因可能也参与了花色图案的形成。其在表型差异较大的上唇瓣和下唇瓣之间的表达量差异较大，而在颜色和形状差异较小的上萼片上侧瓣和下萼片下侧瓣之间表达量差异相对较小。
研究人员认为，上述转录因子和基因可能在时空上影响ABP和CBP ，从而共同调控了KOVA花发育过程中颜色在萼片、侧瓣、上唇和下唇的时空分化。开花前，花色苷在上唇瓣中大量积累使其显紫红色；开花后，萼片和侧瓣积累了少量的花色苷从而显白粉色，叶黄素和α-胡萝卜素的大量积累使下唇瓣显黄色。