玫瑰花瓣黄色性状形成的关键转录调控因子及其分子机制解析

本研究针对玫瑰花瓣黄色性状形成的分子机制不明问题，通过多组学联合分析揭示了β-胡萝卜素(β-carotene)和紫黄质(violaxanthin)为关键色素成分，鉴定出RhMYB3、RhMYB305、RhMYB30和RhERF23四个转录因子通过激活RhLCYB/RhCRTISO启动子显著促进类胡萝卜素积累。该成果为观赏植物分子设计育种提供了新靶点，发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。

　　

玫瑰作为全球最重要的观赏花卉之一，其花瓣颜色是决定商业价值的关键性状。黄色花瓣的形成主要依赖类胡萝卜素(carotenoids)的积累，但长期以来其调控网络如同"黑箱"。尽管前人已发现β-胡萝卜素和紫黄质是黄色玫瑰的主要色素成分，但哪些"分子开关"控制着这些色素的合成？这个科学谜题严重制约了玫瑰花色改良的精准育种。

北京市农林科学院林业果树研究所的研究团队以二倍体黄玫瑰品种'莺歌燕舞'为材料，通过整合转录组学和代谢组学分析，首次绘制出玫瑰黄色性状形成的分子调控图谱。研究发现花瓣发育过程中，β-胡萝卜素和紫黄质含量与RhLYCB、RhZEP、RhVDE等合成酶基因表达呈显著正相关。更关键的是，通过酵母单杂交和EMSA(电泳迁移率变动分析)等技术验证，鉴定出RhMYB3、RhMYB305、RhMYB30和RhERF23四个转录因子构成核心调控模块，它们能特异性结合RhLCYB和RhCRTISO启动子激活表达。该成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，为观赏植物花色分子设计育种提供了理论依据。

研究采用五大关键技术：1) 花瓣发育五阶段(S1-S5)样本队列采集；2) UPLC-MS/MS靶向代谢组检测类胡萝卜素；3) 酵母单杂交筛选转录因子-DNA互作；4) 烟草瞬时过表达验证基因功能；5) EMSA鉴定蛋白-DNA结合特性。

【The yellow rose petals primarily contain β-carotene and violaxanthin】
代谢分析显示发育早期(S1-S2)类胡萝卜素合成通路显著富集，β-胡萝卜素和紫黄质占总 carotenoids 的72.6%，其含量随花瓣开放先升后降。共表达网络将RhLCYB、RhZEP与色素积累动态关联。

【Transcriptomic analysis identifies candidate transcription factors】
加权基因共表达网络分析(WGCNA)挖掘出MYB和ERF家族转录因子模块与类胡萝卜素合成高度相关，其中RhMYB305表达量与色素含量相关系数达0.89。

【Functional characterization of transcription factors】
烟草过表达实验证实，RhMYB3等四个基因可使β-胡萝卜素含量提升2.1-3.8倍，同时激活内源NtPSY、NtLCYB表达。双分子荧光互补(BiFC)显示RhMYB305能与其余三个TF形成蛋白互作复合体。

【Transcriptional activation of RhLCYB and RhCRTISO】
EMSA证实四个TF均能直接结合RhLCYB启动子的MBS顺式元件，酵母单杂交显示RhERF23对RhCRTISO启动子激活效应最强(7.8倍)。

该研究首次阐明玫瑰中MYB-ERF转录模块通过"双靶点激活"策略调控类胡萝卜素合成的分子机制：RhMYB305作为核心枢纽，既可直接激活RhLCYB表达，又能通过蛋白互作增强其他TF的转录活性。这一发现不仅填补了观赏植物花色形成理论空白，更提供了可通过基因编辑精准调控的分子靶标。值得注意的是，RhMYB305与果蔬中已报道的 carotenoid 调控因子无同源性，暗示玫瑰可能进化出独特的调控通路。未来通过分子标记辅助选择或基因叠加策略，有望培育出颜色更鲜艳、稳定性更强的玫瑰新品种。