科学家揭示兰花异彩纷呈的分子机制

卡特兰栽培种柯瓦的花色特征及转录组和代谢组学取样方案

由兰科植物花瓣分化而来的萼片和唇瓣通常具有丰富的颜色，因此它们的花和颜色图案也具有丰富的多样性。2月28日，《通讯生物学》在网上公布了兰花花色图案的形成过程和分子机理。这一结论丰富了人们对花色形成过程和机理的认识，为植物花色研究和花色育种提供了新的见解和思路。

该论文作者、中国林业科学研究院林业研究所研究员王艳表示，花瓣不同区域色素分布的不均匀形成了一种花色图案，这不仅有助于植物吸引授粉者，也是许多观赏花卉的一个重要特征。虽然在许多植物中已经报道了花瓣中色素的形成机制，但是由不同种类的色素在萼片和花瓣的不同区域的特定积累形成的机制还没有被系统地描述。

本研究以卡特林栽培树种科瓦为研究对象。KOVA花的萼片和侧花瓣呈白色粉红色，成熟时上唇呈紫红色，下唇呈黄色。影响这两种花颜色形成的色素分别是花青素和类胡萝卜素。通过对不同发育阶段花形态的解剖学观察，根据颜色表型变化，确定了萼片、侧花瓣、上唇和下唇转录组和代谢组的取样时间节点。

进一步的分析描述了花中花青素合成途径(ABP)和类胡萝卜素合成途径(CBP)的时空变化。研究人员随后获得了几个参与调节ABP和CBP的潜在R2R3-MYB转录因子，并利用瞬时过表达技术验证了蝴蝶兰白色花瓣中的这些转录因子。其中，RCP1能促进白色花瓣呈淡黄色，而RcPAP1和RcPAP2能使花瓣呈紫红色。

研究人员还发现，MADS-box基因也可能参与了花卉颜色图案的形成，作为花卉器官特征(包括形状和颜色等)的决定因素。)。表型差异较大的上唇和下唇之间的表达水平差异较大，而颜色和形状差异较小的上萼片和下萼片之间的表达水平差异相对较小。

研究人员认为，上述转录因子和基因可能在时间和空间上影响ABP和CBP，从而共同调节KOVA花发育过程中萼片、侧花瓣、上唇和下唇颜色的时间和空间分化。开花前，花色素苷在上唇积累，使它变成紫红色。开花后，萼片和侧花瓣积累少量花色素苷，呈白色粉红色，叶黄素和α-胡萝卜素积累大量，呈黄色下唇。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s42003-020-0828