植物激素信号转导调控报春花(Primula vulgaris)花柱二态性的分子机制研究

本研究通过结合报春花(Primula vulgaris)花器官发育解剖与雌蕊转录组分析，揭示了植物激素信号转导通路在花柱二态性形成中的关键作用。研究人员发现CYP734A50基因调控早期雌蕊发育，而生长素信号通路相关基因(如AUX/IAA、SAUR家族)主导后期分化，为理解植物异型花柱的分子调控网络提供了新视角。

　　

在自然界中，报春花(Primula vulgaris)以其独特的花柱二态性(distyly)现象吸引着科学家——同一物种会开出长花柱(雌蕊高于雄蕊)和短花柱(雌蕊低于雄蕊)两种花型。这种精巧的适应性特征能提高传粉效率，但200多年来其分子机制始终成谜。尽管已知S位点(S locus)的五个基因(CCM^T、GLO^T、CYP^T等)参与调控，但具体如何通过下游通路实现花器官形态分化仍是未解之谜。更棘手的是，传统ABC模型无法解释异型花柱植物的花器官发育时序，且现有研究缺乏对关键发育转折点的动态观测。

河北农业大学的研究团队通过创新性地结合发育生物学与多组学技术，在《BMC Plant Biology》发表的研究首次绘制了报春花花柱二态性的动态发育图谱。研究者解剖观察了400余个不同发育阶段的花蕾，锁定3-4mm和10-11mm花蕾长度作为形态分化的关键转折点。基于此，对三个发育阶段的雌蕊进行转录组测序，结合WGCNA(加权基因共表达网络分析)和qRT-PCR验证，揭示了CYP734A50和生长素信号通路基因的阶段性调控网络。

关键技术包括：1) 花器官动态生长曲线绘制；2) Illumina NovaSeq6000平台进行18个样本的转录组测序；3) DESeq2筛选差异表达基因(DEGs)；4) WGCNA构建共表达模块；5) 以PfEIF5A为内参的荧光定量PCR验证。

花柱二态性花器官发育动态
解剖学观察发现，短花柱型雄蕊更早变黄(7mm vs 9mm)，暗示其发育时序差异。当花蕾达3-4mm时，两种花型的雌雄蕊开始分化；至10-11mm时，长花柱型的雌蕊显著超过雄蕊，而短花柱型则相反。这一精确的发育图谱为后续分子研究奠定基础。

转录组数据特征
测序获得124.56Gb高质量数据，组装67,423个Unigenes。PCA分析显示不同发育时期的分组明显。共鉴定366个DEGs，其中L1 vs S1(3-4mm花蕾)阶段77个，L2 vs S2(10-11mm)阶段105个，L3 vs S3(成熟期)阶段184个。

核心通路与候选基因
KEGG分析显示，油菜素内酯(brassinosteroid)生物合成和植物激素信号转导是显著富集通路。早期(3-4mm)差异主要由CYP734A50(同源CYP^T)驱动，该基因在短花柱型中特异性高表达；后期(10-11mm后)则出现生长素信号通路基因的显著分化，包括下调的PvIAA6/AUX/IAA家族基因和上调的PvCH3.6(IAA-氨基酸合成酶基因)。WGCNA进一步锁定与泛素化降解和激素信号相关的共表达模块。

分子调控模型
研究提出两阶段调控假说：早期CYP734A50通过降解油菜素内酯限制短花柱细胞扩展；后期PvCYP92A6下调可能导致CYP734A50表达关闭，转而由生长素信号通路(如PvARF、PvSAUR24)维持花柱差异。这一发现不仅完善了S位点的下游调控网络，更首次将植物激素动态平衡与花器官发育联系起来。

该研究为理解植物繁殖策略的演化提供了分子层面的新证据。发现的阶段特异性调控基因可作为分子标记，助力观赏植物花型设计。此外，生长素信号与油菜素内酯的拮抗作用机制，为研究其他植物的器官形态建成提供了普适性参考框架。未来通过基因编辑技术靶向修饰这些候选基因，有望实现花柱形态的定向调控，在农业和生态修复领域具有潜在应用价值。