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风信子（Hyacinthus orientalis L.）品种花色多样，但谱系记录不全且基因组资源稀缺，阻碍育种及分子机制探索。研究人员对 7 个品种进行转录组分析，鉴定出差异表达基因（DEGs）。该研究为风信子分子育种提供数据支持，助力培育新花色品种。
风信子，作为备受喜爱的观赏花卉，凭借其迷人芬芳与绚丽花色，在花卉市场占据重要地位。历经数百年驯化，风信子从原本花色单调的植物，演变成如今色彩斑斓的模样，涵盖红、粉、橙、黄、白、蓝、紫及近黑色等多种颜色 ，成为全球花卉贸易中不可或缺的一员，尤其在荷兰的花卉产业中，发挥着举足轻重的作用。然而，风信子的育种之路却面临诸多困境。一方面，其品种谱系记录极为匮乏，这使得培育新花色品种的工作犹如在黑暗中摸索，难以制定精准有效的育种策略。另一方面，风信子的基因组资源稀缺，目前仅有未发表的支架水平基因组，缺乏染色体水平的参考基因组，这极大地限制了科研人员对其花色多样化分子机制的深入探究 。在此背景下，为解开风信子花色之谜，推动花卉分子育种发展，香港中文大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。
研究人员选取了 7 个具有代表性花色的风信子品种，包括红色的‘Jan Bos’、粉色的‘Pink Pearl’等。他们在三个连续发育阶段，分别采集每个花朵的三个花被分区样本，并进行三次生物学重复，共收集了 189 个样本。通过一系列严谨的实验流程，研究人员对这些样本进行深入分析，最终在《Scientific Data》上发表了研究成果，为风信子花色研究领域带来了新的曙光。
在技术方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是 RNA 测序（RNA-Seq），对 189 个样本构建 RNA-Seq 文库，在 Illumina NovaSeq X Plus 平台测序，生成大量数据；二是对原始测序数据进行严格的质量控制和筛选，去除接头序列、低质量 reads 等；三是利用 Trinity 软件进行从头组装（de novo assembly），获得转录本和单基因（unigene）；四是采用 RSEM 软件进行基因表达定量，并将数据标准化为每千碱基转录本百万 reads 数（FPKM）；五是运用多种生物信息学分析方法，包括差异表达分析、功能注释和富集分析等 。
在研究结果方面：
- 数据质量评估：对测序数据进行质量评估，结果显示各 RNA 文库的 Q20 均高于 97%，GC 含量在 48.85% - 51.55% 之间 ，平均质量分数达到 Phred 34.00 以上，表明测序数据准确性高。从头组装得到的转录本和单基因质量良好，为后续分析奠定了坚实基础 。
- 相关性和主成分分析：通过相关性分析发现，各品种不同发育阶段和花被分区的生物学重复之间相关性极高，表明实验重复性好。主成分分析（PCA）则表明，品种和发育阶段对测序文库的分组影响显著 ，而花被分区影响较小。这一结果揭示了不同因素对风信子基因表达的影响程度，为进一步研究提供了重要线索。
- 差异表达基因分析：研究人员对不同品种、发育阶段和花被分区的基因表达进行差异分析。结果显示，‘China Pink’与‘Delft Blue’相比，差异表达基因数量最少；而‘China Pink’与‘Peter Stuyvesant’、‘Gipsy Queen’与‘Delft Blue’相比，差异表达基因数量最多 。在发育阶段比较中，Stage B 与 Stage A 相比，差异表达基因数量最多。这些差异表达基因的发现，为深入研究风信子花色形成机制提供了关键靶点。
- 功能注释和富集分析：利用 7 个数据库对基因功能进行预测，发现注释的单基因数量在不同数据库中有所差异 。在基因本体论（GO）分类下，生物过程主要涉及 “细胞过程”“代谢过程” 等；细胞成分主要包括 “细胞解剖实体”“细胞内” 等；分子功能主要有 “结合”“催化活性” 等 。通过 KEGG 数据库进行功能富集分析，发现‘Jan Bos’与‘City of Haarlem’相比，在黄酮类化合物、黄酮醇和花青素生物合成途径中，上调的差异表达基因数量较多 。这表明这些基因在风信子花色形成过程中可能发挥着重要作用。
研究结论与讨论部分指出，该研究首次提供了风信子基因表达的时空图谱，通过对不同品种、发育阶段和花被分区的转录组分析，鉴定出大量差异表达基因，并对其功能进行注释和富集分析。这些成果为揭示风信子花色多样化的分子机制提供了重要依据，有助于花卉育种者利用这些信息开展分子育种工作，培育出具有新颖花色的风信子品种，提高风信子在花卉市场的竞争力。同时，该研究也为其他球根花卉的花色研究和分子育种提供了宝贵的参考，推动了整个花卉产业的发展。
总的来说，这项研究成功攻克了风信子研究中的关键难题，为风信子的分子育种开辟了新道路，其成果对于花卉产业的可持续发展具有重要的理论指导和实践意义，有望引领风信子研究和花卉育种领域迈向新的高度。
