植物所在花瓣缺失分子機(jī)制研究中獲新進(jìn)展

 花瓣通常是花中zui顯眼的器官，具有吸引傳粉者的功能。但是，在有些被子植物中，花瓣是不存在的，形成了無瓣花。導(dǎo)致花瓣缺失的原因尚不清楚，但在毛茛科被認(rèn)為與一個(gè)基因（即APETALA3-3，簡(jiǎn)稱AP3-3）的“不表達(dá)”有關(guān)。然而，由于只關(guān)注了少數(shù)幾個(gè)物種，前人的研究還存在一些問題，如：花瓣的缺失是否真的與AP3-3的“不表達(dá)”相關(guān)？如果是，導(dǎo)致AP3-3“不表達(dá)”的原因是什么？AP3-3的“不表達(dá)”究竟是不是導(dǎo)致花瓣缺失的原因？

毛茛科9種植物的花部器官（左）、AP3類基因的表達(dá)模式（中）和AP3-3基因的結(jié)構(gòu)比較（右）。中圖中藍(lán)、黃和紅色柱子分別表示AP3-1、AP3-2和AP3-3的表達(dá)量。

針對(duì)上述問題，中科院植物研究所孔宏智研究組與其合作者對(duì)更多的毛茛科植物開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)，在毛茛科中，花瓣的多次丟失是平行進(jìn)化的結(jié)果，且的確與AP3-3基因的“不表達(dá)”密切相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致AP3-3“不表達(dá)”的原因在不同的分支中是不同的：在大馬士革黑種草（Nigella damascena）的一個(gè)無花瓣園藝品種中，一個(gè)轉(zhuǎn)座子的插入導(dǎo)致了該基因的*沉默以及花瓣向花萼的同源異型轉(zhuǎn)變；在野生的瓣蕊唐松草（Thalictrum petaloideum）中，該基因已經(jīng)*丟失；在鐵破鑼（Beesia calthifolia）和擬扁果草（Enemion raddeanum）中，發(fā)生在編碼區(qū)和調(diào)控區(qū)的堿基缺失使得該基因不能正常表達(dá)；在鐵線蓮屬（Clematis）中，該基因具有假基因的特征，表達(dá)量極低。這些結(jié)果表明，AP3-3是毛茛科中控制花瓣發(fā)育的關(guān)鍵基因，但在不同的分支中以不同的方式被沉默或者下調(diào)。同時(shí)，盡管AP3-3的沉默的確能夠?qū)е禄ò甑娜笔?，但它在野生無花瓣物種中的結(jié)構(gòu)缺陷和表達(dá)量下降并不是導(dǎo)致花瓣缺失的原因，而可能是其結(jié)果。

該研究澄清了花瓣缺失與AP3-3基因表達(dá)之間的關(guān)系，也為闡明花瓣在毛茛科及其他類群中多次丟失的分子機(jī)制問題奠定了基礎(chǔ)。

研究結(jié)果于3月11日在線發(fā)表在PNAS上，博士生張睿、助理研究員國(guó)春策、博士生張文根為該文的并列*作者。該研究得到了國(guó)家科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。