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花瓣颜色是植物吸引授粉者保证生殖成功的一个主要花性状。花瓣颜色的表型改变能够引起花与授粉者之间关系的改变，从而驱动生殖隔离，甚至是新物种的形成。植物中，以花青素为代表的类黄酮色素作用于花色模式的分子调控机制已经研究得很透彻了。相比而言，类胡萝卜素及其生物合成基因的转录调控如何影响植物花色模式变异的分子基础还有待深入研究。北美鹅掌楸（Liriodendron tulipifera）属于木兰科鹅掌楸属植物，又名郁金香树，是一个比较受欢迎的观赏园艺树种，其花大而艳丽，形似郁金香，基部有一条明亮橙色色带。但是，北美鹅掌楸花瓣基部橙色色带特异性着色的分子机制还不清楚。 近日，Horticulture Research在线发表了南京林业大学陈金慧教授课题组题为Transcriptome analysis and metabolic profiling reveal the key role of carotenoids in the petal coloration of Liriodendron tulipifera的研究论文。 该研究结合非靶向、靶向代谢组以及转录组分析方法，鉴定到了一个最终导向类胡萝卜素生物合成的通路级联在北美鹅掌楸花发育过程中特异性地在花瓣色带区域被激活（图1）。进一步对北美鹅掌楸及杂交鹅掌楸（花瓣整体被橙黄色色素覆盖）花瓣中的类胡萝卜素靶向代谢组分析显示，γ-胡萝卜素是最有可能作用于北美鹅掌楸花瓣着色的植物色素（图2）。通过对类胡萝卜素生物合成关键酶基因的表达谱分析显示，两个胡萝卜素生物合成限速酶，即类胡萝卜素异构酶（CRTISO）与番茄红素ε-环化酶（ε-LCY）是北美鹅掌楸花瓣橙色色带特异性着色的关键酶（图3）。尤其是ε-LCY 基因，北美鹅掌楸中相比于鹅掌楸（花瓣整体呈绿色，有黄色的叶脉贯穿其中）多出了至少一个额外的拷贝，并且杂交鹅掌楸花瓣中只有来自北美鹅掌楸ε-LCY 拷贝在高表达，推测其可能是这两个姊妹种花瓣着色模式差异的关键因素（图4）。综上，本研究为北美鹅掌楸这一重要园艺树种的花着色首次提供了代谢和转录动态图谱，有利于未来对于该树种以花性状为目标的定向育种或以类胡萝卜素合成为目标的代谢工程。 图1. 北美鹅掌楸花发育过程中参与花瓣着色的通路级联 图2. 北美鹅掌楸与杂交鹅掌楸的类胡萝卜素靶向代谢组分析 图3. 北美鹅掌楸花发育过程中类胡萝卜素生物合成关键酶基因表达谱 图4. 鹅掌楸属植物LCY 基因系统发育树及表达定量 南京林业大学林学院博士生郝兆东为论文的第一作者,南京林业大学林学院陈金慧教授为通讯作者。陈金慧教授专注于林木遗传育种方面的研究，其课题组长期从事鹅掌楸和杉木等林木的细胞工程、体胚发生及林木基因组学研究。本研究主要受到江苏省重点研发计划（BE2017376）基金的资助。 文章链接： https://www./articles/s41438-020-0287-3 关于《园艺研究》 Horticulture Research是由南京农业大学与自然出版集团（现Springer Nature）合作创办的英文期刊，是Nature旗下唯一的园艺领域专刊。所有关于园艺作物的基础和理论研究都可以投稿。Horticulture Research 科睿唯安JCR2018影响因子：3.640，位于园艺一区（第3/36名），植物科学一区（第32/228名）。2019年中科院期刊分区（基础版）：位于园艺小类一区，植物科学小类一区，农林科学大类一区（Top期刊）。 |
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