青农郝青课题组在绿牡丹花色呈色机制研究方面取得重要进展

近日，青岛农业大学园林与林学院郝青课题组在国际期刊《Journal of Advanced Research》(中科院1区，IF：11.4)在线发表了题为“Chlorophyllase (PsCLH1) and light-harvesting chlorophyll a/b binding protein1 (PsLhcb1) and PsLhcb5 maintain petal greenness in Paeonia suffruticosa ‘Lv Mu Yin Yu’”的研究论文，从叶绿素和类黄酮代谢平衡关系角度解析了绿牡丹花色呈色机制，为牡丹花色形成机制和花色育种提供了科学依据和基因资源。

花是被子植物重要的繁殖器官，以花为基础的传粉者吸引机制是植物进化史上最具有适应意义的机制之一。为了吸引蜜蜂、蝴蝶或鸟类等传粉者，植物进化出了各种颜色的花，其中具有绿色花并不是一种自然界常见的适应性状，因为对于昆虫等传粉者的视觉系统，绿色花和绿叶的反射光谱难以区分，导致拥有绿色花的植物在自然界中十分罕见。然而，绿色花却很受市场和消费者的欢迎。菊花、月季、马蹄莲等为数不多的物种已培育出了稀缺的绿色花品种，然而，目前对于绿色花的花色呈色机制研究尚显不足。牡丹(Paeonia suffruticosa)花大色艳、雍容华贵，在漫长的栽培驯化和品种选育过程中，形成了白、红、紫、黑、蓝、黄、粉、绿和复色九大色系，其中绿色系品种具有独特的美感和珍稀性，开花过程中花瓣颜色由绿色转变为粉色或白色，是研究叶绿素和类黄酮代谢平衡关系模式系统的优良材料，具有较高的科研与商业价值。

郝青课题组以绿牡丹代表品种‘绿幕隐玉’为研究对象，发现其仅在花朵初开期呈现绿色，随着花朵开放，绿色褪去，转变为淡粉色。通过开花不同阶段花瓣中叶绿素和总花青素含量变化、花瓣表皮细胞排列差异，确定了‘绿幕隐玉’花瓣呈色的关键时期并进行转录组分析，系统解析了‘绿幕隐玉’花瓣呈色过程中叶绿素降解及花青素合成途径中关键酶基因表达水平的变化。最终筛选到了3个关键基因叶绿素酶PsCLH1，补光天线蛋白PsLhcb1和PsLhcb5。通过在烟草植株中的过表达和在‘绿幕隐玉’花瓣中的沉默3个关键基因，发现PsCLH1降低了‘绿幕隐玉’花瓣的叶绿素含量，促进了花瓣的褪绿;而PsLhcb1和PsLhcb5提高了花瓣的叶绿素含量，抑制了花瓣的褪绿。进一步，本研究结合已经发布的‘凤丹’牡丹基因组数据(Yuan et al., Nat Commun, 2022;13:7328)，对牡丹中Lhcs家族序列进行分析，并对PsCLH1，PsLhcb1及PsLhcb5共表达网络等进行分析，最终提出了一个调控‘绿幕隐玉’花瓣中叶绿素和花青素代谢平衡的模型，从全新角度解析了绿牡丹花色呈色机制，为牡丹花色育种奠定了理论基础。

青岛农业大学为该成果的第一完成单位，郝青副教授和已毕业研究生李彤彤为该论文共同第一作者，中科院植物研究所舒庆艳研究员和李旸助理研究员为该论文通讯作者。青岛农业大学硕士研究生鲁高杰、顾灿灿，已毕业研究生王硕以及聊城大学李真博士、中科院植物研究所博士研究生孔凡也参与了该研究。本研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.09.003