2022年8月16日，《植物生物學(xué)》在線發(fā)表了上海植物園木本花卉研究團(tuán)隊(duì)夏溪高級工程師和張春英教授級高工以“轉(zhuǎn)錄組和代謝組的綜合分析揭示了杜鵑花瓣中類黃酮合成的調(diào)控”為題的研究論文。

據(jù)張春英介紹，杜鵑花具有極高的觀賞價(jià)值，有“木本花卉之王”的美譽(yù)。花色是杜鵑花重要的觀賞性狀之一。花瓣中類黃酮化合物在花色呈現(xiàn)中起著決定性作用。但杜鵑花類黃酮生物合成的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

不同花色的錦繡杜鵑花瓣

花開正艷的錦繡杜鵑

花開正艷的錦繡杜鵑

該研究以錦繡杜鵑為材料，利用代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合分析技術(shù)，鑒定了不同種類的類黃酮代謝物，分析了涉及類黃酮生物合成的差異表達(dá)基因，首次構(gòu)建了錦繡杜鵑不同花色中類黃酮生物合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。首次從轉(zhuǎn)錄和代謝水平解析了錦繡杜鵑不同花色的呈色機(jī)制，鑒定到了大量和花色呈色相關(guān)的基因、轉(zhuǎn)錄因子和代謝產(chǎn)物，構(gòu)建了3種花色的類黃酮合成途徑模型。研究結(jié)果揭示了錦繡杜鵑花瓣的著色機(jī)制和類黃酮代謝途徑，為未來杜鵑花色定向育種提供了理論依據(jù)。

張春英介紹說，花色改良是花卉的育種目標(biāo)之一。傳統(tǒng)雜交育種是目前花卉育種的主要方式。杜鵑花是木本花卉，雜交育種周期長，而且很難實(shí)現(xiàn)僅改變花色而不改變植物其它性狀的育種目標(biāo)。

基因編輯技術(shù)具有設(shè)計(jì)簡便、效率高、成本低等特點(diǎn)。已成為動(dòng)植物遺傳改良領(lǐng)域新的國際科技競爭點(diǎn)，對未來國際種業(yè)的升級和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。“基因編輯技術(shù)給予了花色定向設(shè)計(jì)育種更多的可能性，可以克服傳統(tǒng)育種方法周期長、效率低、精確性低等缺陷，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效的花色改變，獲得目標(biāo)品種。但基因編輯實(shí)施的前提是要對花色呈色的分子機(jī)制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有充分的研究和解析。”張春英說。

該研究通過對杜鵑花色轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析，研究結(jié)果揭示的杜鵑花不同花色的著色機(jī)制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定的大量和花色呈色相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因、轉(zhuǎn)錄因子和代謝產(chǎn)物，為未來杜鵑花基因編輯技術(shù)的實(shí)施，提供了理論基礎(chǔ)和可供操作的基因資源。

張春英告訴記者，希望未來杜鵑花品種的花色可因需要改變，可像設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品一樣設(shè)計(jì)品種。但目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)首先要研究清楚花卉目標(biāo)性狀調(diào)控的分子途徑和建立基因編輯技術(shù)體系。“目前，我們正積極地為杜鵑花基因編輯技術(shù)的實(shí)現(xiàn)積累基礎(chǔ)。”張春英說