Hortic Res | 中国科学院植物研究所科研人员在西北牡丹花瓣色斑形成的分子调控机制研究中取得重要进展

西北牡丹品种群的品种（以下简称“西北牡丹”）起源于野生紫斑牡丹（Paeonia rockii），花瓣基部呈现一块具有一定形态的、边缘清晰的色斑，是西北牡丹花瓣特异的呈色模式，也是牡丹花色变异和进化的重要性状。长期以来，由于牡丹缺乏高效基因功能验证体系，品种间花色表型差异明显，西北牡丹色斑形成的分子机制尚不清楚。

2023年7月，Horticulture Research在线发表了中国科学院植物研究所芍药科多样性与种质创新研究团队题为The combination of DNA methylation and positive regulation of anthocyanin biosynthesis by MYB and bHLH transcription factors contributes to the petal blotch formation in Xibei tree peony 的研究论文。

该论文以西北牡丹品种‘书生捧墨’为研究材料，通过类黄酮成分分析、比较转录组、转录调控和表观遗传调控等研究，全面探究了西北牡丹花瓣色斑形成的分子机制。研究发现，呈色的花青素苷仅在斑内积累；而在斑外，黄酮苷的积累量大幅增加，说明斑内、斑外类黄酮合成代谢在花青素苷和黄酮苷支路上产生了竞争。类黄酮代谢途径上的酶基因PrF3H、PrDFR和PrANS在斑内高表达，而在斑外沉默，是决定斑内外色素差异合成的关键酶基因。花青素苷合成途径的早期酶基因（EBG）PrF3H受两个R2R3-MYB转录因子协同调控，其中属于SG7家族成员的PrMYBa1为主导因子；而花青素苷合成途径的晚期酶基因（LBG）PrDFR和PrANS均受一个关键的SG6家族成员PrMYBa3激活；PrMYBa3与两个PrbHLH协同作用，激活斑内花青素苷合成途径。以上说明R2R3-MYB家族对西北牡丹花瓣中类黄酮合成途径的调控有明确的功能分化，也有极高的保守性。有趣的是，这些正调控因子基因并未与酶基因PrF3H、PrDFR、PrANS建立共表达模式，可能无法直接调控酶基因在斑内外差异表达。

进一步对PrF3H、PrANS启动子的甲基化进行分析，发现斑内、斑外PrF3H和PrANS启动子关键区域的甲基化水平具有显著差异，量化的PrANS启动子甲基化水平在色斑形成的关键时期迅速降低，而后逐渐升高，说明高丰度的甲基化修饰可能是介导酶基因PrF3H、PrANS在斑外沉默的重要调控机制。

图1 调控紫斑牡丹‘书生捧墨’色斑形成的分子机制模式图

该研究不仅阐明了西北牡丹花瓣中花青素苷合成的分子调控机制，且提出了转录调控与表观调控共同作用于西北牡丹特异呈色模式的新思路，为全面理解被子植物花器官色斑形成提供了新视角。

中国科学院植物研究所已毕业博士生朱瑾（现工作单位福建农林大学）为该论文第一作者，王亮生研究员为通讯作者。河南省农业科学院园艺研究所张和臣副研究员也参与了该项工作。该研究获得了国家自然科学基金重点项目（32030095）的资助。

作者团队介绍

王亮生研究员的研究方向为花色花香代谢生物学、观赏与药用资源植物学，以牡丹、芍药、荷花、睡莲为研究对象，聚焦其种质资源保育与评价、花色花香形成的化学与分子机理、新品种选育研究。牵头建立了牡丹和睡莲两个国家花卉种质资源库，建立并优化了上述名花花瓣中色素成分的的液质联用及花香成分的气质联用分析方法，在牡丹和荷花功能基因克隆、牡丹新品种选育方面做出了重要贡献。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad100

转自：“园艺研究”微信公众号

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