中科院植物所发现一类基因对花形花朝向和花色关联进化起重要作用

两侧对称花的起源是被子植物辐射分化过程中的三大关键创新事件之一。两侧对称花往往具有水平的朝向以及不对称的蜜导模式，而辐射对称花通常具有相反的一套特征。被子植物尤其是核心真双子叶植物中的大量研究已经表明，TCP转录因子家族的CYCLOIDEA（CYC）类基因广泛决定两侧对称花的形态建成。但是，花朝向以及蜜导模式是如何建立的，目前并不清楚。

2023年5月3日，The Plant Cell在线发表了中科院植物所王印政研究组题为“CYCLOIDEA-like genes control floral symmetry, floral orientation, and nectar guide patterning”的研究文章。该研究在被子植物中首次报道了CYC类基因在花对称性、花朝向和蜜导模式关联进化中的重要作用。

中科院植物所王印政研究组以苦苣苔科（Gesneriaceae）植物斑叶草（Chirita pumila）作为模式系统，针对两个CYC类基因CpCYC1/2开展了相关研究。该研究首先通过表达模式分析、凝胶阻滞、蛋白互作、瞬时基因表达等一系列实验，证明了这两个CYC类基因具有不对称性的自调控和相互调控功能，从而维持其中一个基因的高水平表达。随后的转基因过量表达、CRISPR/Cas9介导的基因敲除等一系列研究证明，这两个CYC类基因不仅决定两侧对称花的形态建成，而且控制花的水平朝向以及不对称的蜜导模式。通过RNA-seq以及病毒介导的基因沉默实验，他们进一步鉴定到一个控制黄色蜜导形成的类黄酮合成基因CpF3’5’H，并证明CpCYC1/2可能通过直接抑制CpF3’5’H的表达从而使黄色素仅在腹部花冠口处特异性积累。在斑叶草近缘种中的比较研究进一步揭示了CYC类基因的多效作用在苦苣苔科中的保守性。该研究在被子植物中首次报道了CYC类基因在花对称性、花朝向和蜜导模式关联进化中的重要作用。

CpCYC1/2的表达以及多效作用模式图

文章链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad115