园林学院科研团队在木本观赏植物重瓣花发育领域取得新进展
近日，园林学院张启翔教授团队在园艺学顶尖期刊Horticulture Research（一区TOP，IF="8.70）在线发表了题为“A" 49-bp deletion of PmAP2L results in a double flower phenotype in Prunus mume”的研究论文。研究首次定位到控制梅花重瓣性的新基因PmAP2L，并发现该基因存在49 bp缺失，导致了梅花重瓣花形成，为梅花重瓣品种培育和其他观赏植物的重瓣性研究提供了新思路。
梅花（Prunus mume）是蔷薇科李属木本观赏植物，栽培历史悠久，花香清幽独特、花色艳丽多彩、花型优美多样，深受人们喜爱。在长期的人工选择中，梅花逐渐形成了丰富的花型（单瓣、复瓣、重瓣等），为蔷薇科和李属植物花器官发育研究提供了宝贵的遗传变异资源。重瓣花具有极高的观赏价值，PETALOSA TOE型基因或C类基因AG的突变导致了桃花、香石竹、月季、樱花、棣棠等观赏植物重瓣花的形成。然而，重瓣性状作为梅花最重要的观赏性状之一，其形成机制仍不清晰。
该研究以‘米单绿’（♀）ב白须朱砂’（♂）F1分离群体为试验材料，通过表型鉴定、遗传分析和BSA-seq，明确了重瓣性状形成的遗传规律，定位到控制重瓣性的基因PmA2PL。系统进化和微共线性分析，表明PmA2PL不是PETALOSA TOE型基因，而是一个新的控制梅花重瓣性的基因。随后发现重瓣品种中PmAP2L存在49 bp缺失，GUS染色和双荧光素酶试验证实，PmAP2L中49 bp缺失降低了其与Pmu-miRNA172a结合。重瓣品种中PmAP2L-D异源超表达引起转基因烟草株系呈现花器官变小、雄蕊增多及雄蕊瓣化现象。此外，沉默月季同源基因RC5G0530900后，导致月季花瓣数量显著减少。利用梅花花芽瞬时表达系统，明确了重瓣基因PmAP2L-D和单瓣基因PmAP2L-S在调控花发育相关基因存在功能差异。进一步，通过DAP-seq、酵母单/双/三杂交和双荧光素酶等试验表明，PmAP2L与辅助抑制因子PmTPL和组蛋白去乙酰化酶PmHDA6/19相互作用形成一个三元复合体来抑制花发育特征基因的表达。
该研究系统阐明了梅花重瓣性状形成的分子机制，为李属植物和其他观赏植物重瓣品种培育提供了重要理论基础。
图1 梅花PmAP2L序列分析
图2 重瓣基因PmAP2L-D和单瓣基因PmAP2L-S的功能差异
图3 PmAP2L调控梅花重瓣性形成的分子模型
北京林业大学园林学院国家花卉工程技术研究中心张启翔教授和青年教师郑唐春副教授为该论文通讯作者，刘伟超博士（现为河南农业大学风景园林与艺术学院教师）为第一作者。该工作得到了中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金项目和北京市共建项目专项资金等项目资助。
论文链接：https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhad278/7479884
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