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【中國(guó)花卉報(bào)】重大發(fā)現(xiàn)：我國(guó)科研人員找到墨蘭“顏值”“性格”基因
?????? 誰(shuí)在左右墨蘭瓣型?
???????誰(shuí)負(fù)責(zé)摁下墨蘭“開(kāi)花鍵”?
?????? 葉色為啥“說(shuō)變就變”?
?????? 墨蘭為何叫墨蘭?
????? 誰(shuí)成就了“王者之香”?
????? 近日，我國(guó)科研人員通過(guò)基因研究找到回答這些問(wèn)題的權(quán)威“證據(jù)”。
?????? 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所、廣東省園林花卉種質(zhì)創(chuàng)新綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱根發(fā)研究員團(tuán)隊(duì)近日在國(guó)際著名期刊《Plant Biotechnology Journal》發(fā)表一項(xiàng)重大成果，經(jīng)過(guò)五年的努力，該團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了墨蘭花型、花期、葉色、花色、花香等多個(gè)獨(dú)特性狀的形成原因。
這是第一個(gè)報(bào)道的我國(guó)傳統(tǒng)國(guó)蘭的基因組，也是迄今發(fā)表的蘭科植物屬種基因組中最大的基因組，研究結(jié)果將為國(guó)蘭的分子育種應(yīng)用和性狀定向改良奠定重要基礎(chǔ)。
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研究團(tuán)隊(duì)
????? “重復(fù)序列多、組裝注釋是重點(diǎn)。我們2017年啟動(dòng)研究，2018年就進(jìn)入了測(cè)試環(huán)節(jié)，一直到今年才完成，其間難度可想而知。”朱根發(fā)在接受《中國(guó)花卉報(bào)》記者采訪時(shí)表示，研究難點(diǎn)首先是蘭科植物基因組比較復(fù)雜，種間差異較大。
??????? 其次，墨蘭基因組是迄今發(fā)表蘭科植物中最大的基因組，比蝴蝶蘭、擬蘭、鐵皮石斛大了3倍?；蚪M重復(fù)序列也是最多的，給組裝和注釋工作增加很多難度。
墨蘭植物形態(tài)特征與基因組結(jié)構(gòu)?
??? 朱根發(fā)介紹說(shuō)，整個(gè)研究期間最耗時(shí)間和精力的部分是要闡釋墨蘭重要觀賞性狀的分子調(diào)控機(jī)理，尤其是花型、花香、花色和開(kāi)花時(shí)間?！澳m一年只開(kāi)一次花，通常在春節(jié)假期，所以從性狀調(diào)查、生理分析和采樣做實(shí)驗(yàn)，都要抓住過(guò)年這段時(shí)間去做?！敝旄l(fā)說(shuō)。????
墨蘭葉色濃綠、花姿優(yōu)雅，花幽香高潔，且其花期恰逢中國(guó)傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)，又稱(chēng)報(bào)歲蘭，備受中國(guó)和受中國(guó)文化影響的亞洲國(guó)家人們的喜愛(ài)。南宋末期越時(shí)庚《金漳蘭譜》中描述墨蘭：“色深紫，有十五萼，干紫英紅，色映人目，如翔鸞翥鳳，千態(tài)萬(wàn)狀；葉則高大剛毅勁節(jié)，蒼然可愛(ài)。”墨蘭因其豐富的瓣型、葉色以及香氣特征使得其成為研究蘭科植物進(jìn)化的理想材料。
??????? 據(jù)了解，此項(xiàng)研究的重大意義在于利用高質(zhì)量的墨蘭基因組序列，進(jìn)行了系統(tǒng)的比較基因組學(xué)研究，著重闡述了墨蘭花型、花期、花色、花香和葉色等5個(gè)重要觀賞性狀的分子調(diào)控和進(jìn)化機(jī)制。
誰(shuí)在左右墨蘭瓣型?????
國(guó)蘭的花型非常豐富，有梅瓣、荷瓣、水仙瓣、蝶瓣、多瓣奇花等花型。
????? 為什么會(huì)有這么多花型?研究發(fā)現(xiàn)，墨蘭花型的調(diào)控主要由MADS基因的擴(kuò)張和亞功能分化決定，新發(fā)現(xiàn)P-code基因的顯著擴(kuò)張，新發(fā)現(xiàn)4個(gè)SEP基因中CsSEP4對(duì)墨蘭合蕊柱發(fā)育的重要作用，并在擬南芥中證實(shí)對(duì)心皮發(fā)育的促進(jìn)作用。
誰(shuí)負(fù)責(zé)摁下墨蘭“開(kāi)花鍵”?
???????? 大部分國(guó)蘭如春蘭、墨蘭、蓮瓣蘭、春劍是在春天開(kāi)花的，這些國(guó)蘭都需要依賴(lài)一定的低溫來(lái)促進(jìn)它開(kāi)花。
?????? 研究發(fā)現(xiàn)，墨蘭沒(méi)有進(jìn)化出多年生木本調(diào)控低溫開(kāi)花的DAM基因，而由SVP起主要作用。SVP有更廣泛的蛋白結(jié)合活性，可與AP1和SOC1互作，響應(yīng)低溫，調(diào)控開(kāi)花，且識(shí)別位點(diǎn)與典型的春化植物十字花科中的保守位點(diǎn)不同。
廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所選育的墨蘭新品種‘四季花墨蘭’。特點(diǎn)：可多次開(kāi)花。
葉色為啥會(huì)“變臉”?
?????? 大部分墨蘭品種的葉色墨綠，而在栽培過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)葉片有白色黃色斑紋或線紋的變化，而且類(lèi)型多樣，在國(guó)蘭鑒賞中稱(chēng)為葉藝或線藝。它是怎樣產(chǎn)生的呢？
??????? 這次研究發(fā)現(xiàn)，墨蘭葉色的頻繁變異主要原因可能是由于糖代謝途徑中CH1亞族基因的嚴(yán)重收縮，造成糖代謝受阻，類(lèi)囊體垛疊淀粉粒結(jié)構(gòu)破碎，葉綠體解體造成葉色變異。
墨蘭為何叫墨蘭?
??????? 墨蘭大多品種的花色是紫黑色，所以叫墨蘭。研究團(tuán)隊(duì)分析得出，墨蘭的花色成分包括矢車(chē)菊素和飛燕草素，而蝴蝶蘭中沒(méi)有飛燕草素。
??????? 造成成分差異的主要原因是控制花色的F3’5’H基因在不同蘭花中的表達(dá)差異，蝴蝶蘭中F3’5’H基因不表達(dá)，但該基因蛋白序列在蘭科植物中高度保守，底物識(shí)別位點(diǎn)完全一致，差異在于啟動(dòng)子上MYB結(jié)合位點(diǎn)不同。
??????? 墨蘭中存在更多的花色苷調(diào)控相關(guān)MYB基因，推測(cè)是導(dǎo)致墨蘭花色素積累，開(kāi)紫黑色花的主要原因。
重要觀賞性狀的分子調(diào)控與進(jìn)化機(jī)制
“王者之香”怎么來(lái)的?
????? 由于香味特別，國(guó)蘭被稱(chēng)為“王者之香”。研究人員分析發(fā)現(xiàn)，墨蘭的特殊花香物質(zhì)主要是倍半萜類(lèi)，發(fā)現(xiàn)TPS合酶中b亞族顯著擴(kuò)張且基因表達(dá)模式與釋香規(guī)律關(guān)聯(lián)緊密，找出了墨蘭特殊香氣物質(zhì)合成的關(guān)鍵TPS基因。?????
朱根發(fā)表示，今后在這個(gè)研究成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)針對(duì)國(guó)蘭鑒賞的重要性狀，通過(guò)表型組、基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等多組學(xué)分析，深入對(duì)這些性狀進(jìn)行功能基因的挖掘和應(yīng)用，提升國(guó)蘭的育種效率，培育突破性新品種。
廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所選育的墨蘭新品種‘迎春素墨蘭’。特點(diǎn)：元旦前后開(kāi)花，比一般墨蘭的花期提早1個(gè)多月。
?????? 2017年開(kāi)始，該研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合深圳蘭科中心、華南師范大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、臺(tái)灣成功大學(xué)，在廣東省自然科學(xué)基金團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣州市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等項(xiàng)目資助下完成。
