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演化生物學(xué)中一個(gè)“惱人之謎（abominable mystery）”就是花器官的神奇出現(xiàn)和多樣化（達(dá)爾文，1868）。通常，一朵花從內(nèi)而外包含四類器官：萼片、花瓣、雄蕊和心皮（雌蕊）；而被子植物中由萼片和花瓣形成的花被（perianth）形成了異常豐富多彩的展示性組織，對(duì)其傳粉成功和物種延續(xù)至關(guān)重要。因應(yīng)環(huán)境因素的高度可變，植物發(fā)展出了重瓣花（doubled flower，DF）。DF性狀不僅是非常重要的生物學(xué)創(chuàng)新性狀，也是非常重要的經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀，在經(jīng)濟(jì)作物特別是包括玫瑰、康乃馨等切花園藝作物中受到強(qiáng)烈人工選擇，故而其分子遺傳調(diào)控機(jī)制備受關(guān)注。

中國科學(xué)院昆明植物研究所胡金勇團(tuán)隊(duì)長期聚焦植物關(guān)鍵性狀如開花時(shí)間、花器官等形成與多樣性的分子遺傳調(diào)控機(jī)制解析，取得了系列研究成果并發(fā)表在National Science Review（2021）、Plant Cell（2023）、Plant Communications（2024）、Plant Physiology（2023）、Plant Journal（2023）、Horticulture Research（2022a/b）。最近，團(tuán)隊(duì)以模式植物擬南芥等花重瓣化的遺傳調(diào)控機(jī)制為核心，系統(tǒng)總結(jié)了植物特別是園藝作物重瓣花形成的研究現(xiàn)狀和相關(guān)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；除了很多研究發(fā)現(xiàn)的miR172/AP2-like的序列變異造成DF外（圖1），其他因素特別是控制干細(xì)胞分生組織的WUS-CLV3模塊中出現(xiàn)的序列和表達(dá)變異也是花瓣數(shù)目特別是“超重瓣（super doubled flower）”形成的關(guān)鍵因素之一；當(dāng)然，如生長激素、溫度等也會(huì)通過整合染色質(zhì)穩(wěn)定性調(diào)控因子等來控制DF性狀（圖2、3）。最后提出，基于團(tuán)隊(duì)發(fā)展的“自然突變體（natural mutant）”理念，借助于高通量測(cè)序如時(shí)空組學(xué)（spatial transcriptomics）和單細(xì)胞組學(xué)（single-cell RNA sequencing）技術(shù)、高效基因編輯技術(shù)等，構(gòu)建高效轉(zhuǎn)基因體系，更多DF性狀形成調(diào)控機(jī)制會(huì)被揭示，并會(huì)有效促進(jìn)DF等性狀的靶向性種質(zhì)創(chuàng)新。

研究不僅總結(jié)了植物花瓣數(shù)目多樣化形成與維持調(diào)控機(jī)制和相關(guān)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，還為進(jìn)一步解析基于現(xiàn)代組學(xué)聯(lián)合高效編輯技術(shù)靶向性開展種質(zhì)創(chuàng)制提供了新思路。研究成果以Molecular and genetic regulation of petal number variation in plants為題發(fā)表于植物學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Experimental Botany。中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生王丹為論文第一作者，昆明植物所胡金勇研究員和董雪副研究員、法國里昂大學(xué)Mohammed Bendahmane教授為共同通訊作者。昆明植物所博士后仲米財(cái)、蔣曉東和崔衛(wèi)華參與了本項(xiàng)工作。該研究得到了云南省科學(xué)技術(shù)廳重大科技專項(xiàng)計(jì)劃（202302AE090209）、國家自然科學(xué)基金（32370578）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB31000000）支持。

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圖1?miR172/AP2-like變異與重瓣性狀形成

圖2?重瓣性狀形成的內(nèi)在遺傳與外界環(huán)境因子

圖3?同源異型轉(zhuǎn)化與原基干細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)變異很可能導(dǎo)致超重瓣性狀形成