园林学院研究团队在百合花色调控研究中取得重要进展
近日，北京林业大学园林学院贾桂霞教授团队在《Industrial Crops and Products》（中科院农林科学1区TOP）在线发表了题为“The coordinated interaction or regulation between anthocyanin and carotenoid pathways in OT hybrid lilies based on metabolome and time-course transcriptomics analysis”的研究论文。
百合（Lilium spp.）被誉为“球根花卉之王”，是世界上最重要的观赏植物之一，具有很高的观赏和经济价值。百合花色丰富，具有8个色系，包括白、黄、黄绿、橙、橙红、粉、红和紫红色。OT百合杂种系兼具花色丰富和抗性强两大优点，是目前百合育种的主要方向。作为世界园林之母，OT百合的育种亲本大多源自我国，但目前OT百合花色多样性形成的分子机制尚不清楚。
花青素和类胡萝卜素是形成百合花色的主要物质，前人研究多聚焦于单一途径的调控机制。该文章综合代谢组和时序转录组学分析揭示了OT百合杂种系花青素与类胡萝卜素通路之间的协同调控作用，对解析百合丰富花色形成的分子机制具有重要的理论意义。
图1 OT百合‘黑美人’及其亲本的花瓣着色过程
该研究的试验材料为具有花青素的鹿子百合（L. speciosum）和具有类胡萝卜素的湖北百合（L.henryi）及同时具有两种色素的杂交后代‘黑美人’。通过对亲本和子代的靶向代谢组学、电镜显微观察和时序转录组学分析，来探究花瓣着色的动态过程。代谢组分析结果表明，类胡萝卜素中β-柠乌素和叶黄素的含量差异，以及花青素中芍药素和矢车菊素含量的差异，是导致紫红色、粉色和橙色百合花色差异的主要原因；随后，通过分析‘黑美人’中的时序基因共表达网络（TO-GCN），构建了双色素通路潜在共调控网络的代谢途径；通过对子网络的分析，发现WRKY、MYB、NAC、IAA、MADS转录因子家族是潜在的关键转录因子家族；最终，构建了与PSY、PDS、LCYE和C4H、CHI、FLS、ANS、DFR等结构基因的共调控网络。结果表明，类胡萝卜素可能通过促进光捕获影响花青素含量，且多个转录因子协同调控类异戊二烯途径和苯丙烷途径。
图2 OT百合‘黑美人’和亲本湖北百合的时序基因共表达网络
图3 ‘黑美人’着色后期类胡萝卜素与花青素共调控的关键子网络
北京林业大学园林学院在读博士研究生余鹏程为论文第一作者，贾桂霞教授为论文通讯作者。
本研究得到国家重点研发计划（2023YFD1200105）和（2019YFD1000400）等项目资助。
贾桂霞教授团队长期从事百合等园林植物种质资源的收集、评价和育种工作，成果获得北京市科学技术进步二等奖，在Industrial Crops and Products，Scientia Horticulturae，Plant Physiology and Biochemistry，BMC Plant Biology，园艺学报等国内外重点学术刊物上发表研究论文多篇。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119795
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