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南京农业大学伞形科蔬菜团队揭示野生胡萝卜紫色中心花性状形成的分子机制

花匠小妙招
2025-12-14 01:40

近日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院蔬菜学国家重点学科伞形科蔬菜团队在Plant Physiology杂志发表了题为“An anthocyanin activation gene underlies the purple central flower pigmentation in wild carrot”的研究论文，系统揭示胡萝卜伞形花序中心花从紫色到白色转变的分子基础。

野生胡萝卜（Daucus carotasubsp.carota）是栽培胡萝卜的祖先，也被称为安妮女王的蕾丝（Queen Anne's Lace），因为它具有精致的蕾丝般花朵且在伞形花序的中心有一朵或一簇紫色的小花，这是一种有趣而独特的现象，达尔文在物种起源中对其进行了记载。对这种独特花型的研究主要集中在生态学方面。胡萝卜紫色中心花形成的分子机理尚未明晰，其背后的基因调控网络仍不清楚。

利用野生和栽培胡萝卜为试验材料，该研究鉴定到R2R3-MYB基因DcPCF是导致紫色中心花形成的候选基因，具有组织特异性，仅在紫色中心花中表达。该研究发现胡萝卜紫色中心花特征的丢失机理归纳为三个事件：启动子区域转座子的插入、编码序列的提前终止(由开放阅读框中的C-T替换引起)，以及未知的花青素抑制子。这三个事件既可能是连续发生，也可能是独立发生。栽培型胡萝卜‘齐头黄’（‘QTH’）和野生型胡萝卜（‘YSP’）都具有紫色中心花，在‘QTH’的一条染色体上DcPCF存在编码序列的提前终止和转座子插入的现象。研究发现‘YSP’基因序列经过自然突变后转变为‘QTH’型，这一转变可能没有造成紫色中心花性状的丢失，这也反映了‘YSP’基因型可能是一种古老的基因型。第一个事件是由于Harbinger插入导致ProDcPCFAllele2-YSP序列类型变为ProDcPCFAllele1-YSP类型，导致中间小花由紫色特征变为粉色特征。这种粉色表型在自然界中并未发现，也尚未被研究人员报道。随后通过插入Mariner/Tc1转座子事件发生，产生ProDcPCFAllele1/2-KRD类型，将粉红色特征改变为白色特征，在这种情况下，该过程可以被认为是连续的。从‘YSP’紫色特征向‘KRD’非紫色特征进化的第二个事件是由于编码序列的提前终止，使基因失去调控能力。此外，还发现ProDcPCFAllele1-YSP、ProDcPCFAllele1-YSW和ProDcPCFAllele1-HFQC序列非常相似，但‘YSW’和‘HFQC’没有表现出粉红色特征。推测花中可能还有其它未知的抑制子，如m6A、miRNA、R3-MYB和S4-MYB等，这些被归为第三个事件。在具有非紫色中心花的材料中过量表达DcMYB7（调控紫色胡萝卜主根花青素积累关键因子）和DcMYB11c（调控胡萝卜紫色叶柄花青素积累的关键因子），转基因胡萝卜植株在花瓣上并未有紫色积累，而在子房和雄蕊上表现出紫色特征。同样，‘YSP’花在开放的早期，整个花盘呈粉色特征，中心小花在盛花期由粉色变成深紫色，而其它花则变成白色。这些发现表明，花中花青素合成相关的基因可能受到其它因素的抑制。

野生胡萝卜有趣的紫色中心花形成模式和潜在的机制可能提供一定的证据，它反映了伞形科的原始外观，表明它可能是物种以前和古代状态的遗留，推测胡萝卜花是由一朵单独的花演化而来的。这些发现填补了胡萝卜花色积累模式研究的空白，也为其它物种色素积累模式的分子调控机制提供一定的见解。

南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院蔬菜学国家重点学科伞形科蔬菜研究室博士研究生段奥其为论文的第一作者，博士研究生邓元杰为共同第一作者，熊爱生教授为通讯作者，徐志胜副教授、钟山青年研究员刘慧做出了重要贡献。该研究获得了国家自然科学基金和江苏高校优势学科建设项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae391

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