绣球花MYB转录因子调控花色苷生物合成的系统发育与功能解析

本研究针对绣球花(H. macrophylla)花色形成的分子机制，通过全基因组筛选鉴定出72个MYB基因家族成员，重点解析了13个R2R3-MYB转录因子在花色苷合成通路中的调控作用。研究人员发现HmMYB54与花色苷积累呈显著正相关，而HmMYB61则发挥负调控功能，首次揭示了铝离子(Al3+)胁迫下MYB基因的双重调控网络，为观赏植物花色分子育种提供了新靶点。该成果发表于《Scientific Reports》。

　　

绣球花以其绚丽多彩的花色成为园艺界的明星，但背后隐藏着复杂的分子调控机制。花色主要由花青素(anthocyanin)决定，而MYB转录因子家族作为植物最大的调控因子家族之一，在花色形成中扮演关键角色。然而，绣球花中MYB基因的系统性研究尚属空白，特别是铝离子(Al³⁺)介导的蓝色花形成机制更是一大谜题。

中南林业科技大学的研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果，通过整合基因组学与分子生物学手段，首次绘制了绣球花MYB转录因子的全景图谱。研究人员采用Hidden Markov Model(HMM)方法从全基因组筛选出72个MYB成员，通过系统发育分析将13个R2R3-MYB归类于5个亚家族。结合转录组测序(RNA-seq)和实时荧光定量PCR(qPCR)技术，发现HmMYB54表达量与花色苷积累呈正相关，而HmMYB61呈现负调控模式。更引人注目的是，研究揭示了铝胁迫下MYB基因的应激响应机制，提出了"MBW复合体"(MYB-bHLH-WD40)调控花色苷合成的新模型。

关键技术方法包括：基于HMMER 3.0的MYB基因家族全基因组筛选；MEME Suite 5.5.6分析的蛋白保守基序；MEGA X构建的系统发育树；不同发育阶段（花蕾期FSF1、变色期FSF2、开花期FSF3）和品种（'永恒夏季'、'艾米莉亚'、'粉黛'）的转录组分析；铝处理实验的基因表达检测。

【Identification and physicochemical properties】研究鉴定出72个HmMYB基因，氨基酸数量跨度65-770，其中HmMYB29最大而HmMYB35最小。亚细胞定位显示多数定位于细胞核，但HmMYB29和HmMYB36定位质膜，HmMYB61等定位细胞骨架。六种蛋白（如HmMYB3、HmMYB61）具有稳定性（不稳定性指数<40）。

【Phylogenetic tree analysis】系统发育树将13个R2R3-MYB分为5个亚家族，其中HmMYB3等5个基因聚类于S5亚家族，与拟南芥中调控花色苷合成的AtMYB123(TT2)同源。值得注意的是，HmMYB54与牡丹PsMYB114L和茶树CsMYB114L聚为一支，二者已知能显著促进花青素积累。

【Conserved motifs and gene structure】13个R2R3-MYB均含有1-3个外显子，除HmMYB1外均包含典型的R2R3结构域（motif1-3）。同一进化分支成员具有相似基序，如HmMYB4和HmMYB19的基序组成完全一致。

【Expression analysis】关键发现包括：HmMYB54在'永恒夏季'开花期(FSF3)表达量显著高于其他品种；HmMYB61随花色加深表达下降；铝处理显著诱导HmMYB42和HmMYB57表达。紫色茎杆中HmMYB54高表达，遮光处理后下降。

【Correlation analysis】HmMYB54与飞燕草素-3-O-葡萄糖苷(delphinidin-3-O-glucoside)积累极显著正相关(P≤0.001)，与HmC3'5'H和HmANS等结构基因表达高度协同。相反，HmMYB61与HmF3H和HmDFR表达呈极显著负相关(P≤0.001)。

研究结论揭示了绣球花蓝色花形成的双轨调控机制：HmMYB54通过激活HmC3'5'H和HmANS促进飞燕草素积累，而HmMYB61抑制HmF3H和HmDFR表达形成负反馈。铝胁迫下，HmMYB54和HmMYB3的协同表达既增强离子耐受性，又促进蓝色色素形成。该研究不仅解析了MYB转录因子在绣球花花色发育中的核心作用，更为分子设计育种提供了理论依据，对观赏植物品质改良具有重要指导意义。