非洲菊花瓣双色形成的关键调控因子GhMYB114与GhMYB24的全基因组鉴定与功能解析

本研究针对非洲菊(Gerbera hybrida)花瓣双色形成的分子机制不明问题，通过全基因组鉴定319个MYB转录因子家族成员，聚焦147个R2R3-MYB亚家族进行系统分析。研究人员结合转录组学和RT-qPCR技术，发现GhMYB114通过激活花青素合成通路基因(F3H/DFR/ANS)调控上层花瓣红色形成，而GhMYB24可能参与下层花瓣类胡萝卜素积累。该研究为花卉花色分子育种提供了新靶点，论文发表于《Industrial Crops and Products》。

　　

花卉色彩多样性形成的分子机制一直是观赏植物研究的核心课题。非洲菊作为重要的切花作物，其品种"红云"展现出独特的双色花瓣——上层鲜红而下层明黄，这种色彩分化背后的调控网络尚未阐明。花瓣颜色主要由花青素(anthocyanins)和类胡萝卜素(carotenoids)决定，而MYB转录因子家族被公认为调控这两类色素合成的核心开关。然而由于缺乏非洲菊基因组数据，此前对其MYB家族的系统研究存在空白，更难以解析双色花瓣形成的分子基础。

中国亚洲花卉科技创新谷的研究团队首次完成了非洲菊MYB转录因子家族的全基因组鉴定，共发现319个成员，包括147个R2R3-MYB、165个MYB-related、6个3R-MYB和1个4R-MYB基因。通过构建系统发育树，将R2R3-MYB分为9个亚家族，其中VIII亚家族占比达75%，暗示其在进化过程中经历了显著扩张。研究团队结合UPLC-MS/MS质谱分析，确认上层红色花瓣富含天竺葵素(pelargonidin)和矢车菊素(cyanidin)衍生物，下层黄色花瓣则以叶黄素(lutein)和紫黄质(violaxanthin)为主。

为锁定关键调控基因，研究人员采用二代测序技术对花瓣发育三个时期(S2/S3/S5)的上下层组织进行转录组分析。通过比较表达谱发现，VIII-M亚家族的GhMYB114在S3期上层花瓣特异性高表达，与花青素合成基因(F3H/DFR/ANS)表达模式高度一致；而VIII-A亚家族的GhMYB24则在S5期下层花瓣显著上调，与类胡萝卜素积累正相关。RT-qPCR验证显示，GhMYB114表达量在上层花瓣S3期达峰值，较下层高8.3倍；GhMYB24则在S5期下层表达量较上层高5.7倍。

研究采用全基因组共线性分析、MEME保守基序预测、WebLogo序列保守性分析等技术手段。染色体定位显示GhMYBs在25条染色体上呈不均匀分布，34%成员位于端粒区。Ka/Ks分析表明69个R2R3-MYB基因源于全基因组复制(WGD)事件，其中45对基因受纯化选择。启动子顺式元件预测发现，光响应元件(ACE/G-box)和激素响应元件(ABRE/TCA)在R2R3-MYB中富集，暗示环境信号可能通过MYB调控花色形成。

在讨论部分，研究者指出GhMYB114与拟南芥AtMYB114同源，后者已知通过结合bHLH和TTG1蛋白激活花青素合成。而GhMYB24则可能通过抑制花青素前体合成或激活类胡萝卜素途径基因(如CRTISO2)来调控黄色形成。特别值得注意的是，GhMYB24结合位点存在于GhMYB114启动子区，暗示二者可能形成负反馈环路——这种"激活-抑制"的互作模式与玫瑰中RhMYB114-RhMYB16模块相似，可能是双色花瓣形成的核心机制。

该研究首次绘制了非洲菊MYB转录因子全基因组图谱，鉴定出控制花瓣双色形成的关键调控因子GhMYB114和GhMYB24。这些发现不仅为理解复杂花色模式的形成机制提供了新视角，更为分子育种培育新颖花色品种奠定了理论基础。未来通过基因编辑或过表达这些关键MYB基因，有望实现非洲菊花色的精准调控，这对提升观赏价值和开发天然色素资源具有重要意义。论文的创新性在于将基因组学、代谢组学和转录组学相结合，在单基因型模型中解析了空间特异性色素积累的调控网络，为观赏植物的花色改良提供了范例。