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昆明植物所揭示血紅杜鵑復合群花色多樣性形成機制

  植物花色多樣化物種適應性進化和新物種形成的重要創新性狀之一也是重要的園藝性狀。植物的花色差異主要由花青素合成與分解代謝通路的相關基因調控,由苯丙氨酸生成花青素的黃酮類代謝通路過程已在多模式物種或作物、園藝品種中被廣泛研究有關自然分布野生物種花青素形成和積累的分子基礎還鮮見報導 

  杜鵑花屬是中國種子植物最大的屬,全世界有1000多種,中國有近600種,橫斷山和喜馬拉雅地區是其分布和多樣化中心,花色多樣性豐富。血紅杜鵑復合Rhododendron sanguineum complex我國滇西北及藏東南特有的高山類群,各變種展現出多樣的花色,而種內復雜多樣的花色分化的分子基礎尚不清楚最近,中國科學院昆明植物研究所高連明研究團隊與李德銖研究團隊,與胡金勇研究員、朱安丹研究員以及愛丁堡皇家植物園Michael Moller博士合作,以同域分布的血紅杜鵑復合體3個變種(血紅杜鵑原變種、變色血紅杜鵑和紫血杜鵑)為研究對象(圖1),結合基因組重測序、轉錄組測序以及花反色光譜特性等綜合分析,闡明了不同變種間花色差異的潛在分子機制。研究結果表明,三個變種間花的光譜差異顯著,尤其在400-700 nm波長的可見光范圍,并且表征花青素含量差異的明度、飽和度、色度與飽和度-色度比存在顯著差異。基于轉錄組數據篩選出15,164個單拷貝直系同源基因,通過差異表達分析鑒定出12個與花青素代謝通路相關的關鍵候選基因(圖2),主要為參與花青素的合成、修飾、轉運及分解功能的基因。這些基因上游啟動子序列及順式作用元件(cis-motifs)存在差異,通過調控花青素代謝通路上合成和分解基因的表達量差異實現不同變種間花色多樣性分化。本研究為近緣類群的適應性輻射分化研究以及基因流存在下的早期同域物種形成提供了一個可能案例。 

  近日,該研究成果以“Differential expressions of anthocyanin synthesis genes underlie flower color divergence in a sympatric Rhododendron sanguineum complex”為題,發表在植物學主流期刊BMC Plant Biology上,博士研究生葉林江為論文第一作者,李德銖研究員和高連明研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(9163110131670213),中國科學院B類先導專項(XDB31000000中國科學院大科學裝置(2017-LSFGBOWS-02等項目的資助。 

  文章鏈接 

  

血紅杜鵑三個變種野外形態特征及樣品采集組織 

  

血紅杜鵑花色相關花青素代謝通路示意圖

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