中科院植物所孔宏智研究组在花瓣平行丢失的分子机制研究中取得新进展

中科院植物所孔宏智研究组在花瓣平行丢失的分子机制研究中揭示了毛茛科植物花瓣平行丢失的新机制。孔宏智研究组长期致力于花和花器官起源与多样化的分子机制研究。他们之前的研究已经发现，毛茛科植物中花瓣的丢失与花瓣身份基因APETALA3-3（AP3-3）的“不表达”密切相关。然而，由于取样有限，毛茛科其他无花瓣分支中AP3-3基因的表达情况及其与花瓣平行丢失的关系并不完全清楚。近日，孔宏智研究组在《The Plant Journal》上发表了题为Parallel evolution of apetalous lineages within the buttercup family (Ranunculaceae): Outward expansion of AGAMOUS1, rather than disruption of APETALA3‐3的研究论文，该研究以毛茛科所有九个无花瓣分支的代表物种为材料，通过转录组、分子进化、比较形态学和功能研究，系统探究了毛茛科中花瓣平行丢失的分子机制。研究发现：AP3-3基因的表达情况：AP3-3的不表达或表达下调与花瓣的完全丢失密切相关。在九个无花瓣分支中，AP3-3在黄根葵属、唐松草属和驴蹄草属中可能已完全丢失，在拟扁果草属和鸡爪草属中存在但并不表达，在铁破锣属、铁线莲属和白根葵中存在、表达但表达量明显降低，在假美洲升麻中正常表达。花瓣向雄蕊的同源转变：与近缘有花瓣物种相比，野生无花瓣物种中萼片的数目往往没有增加，但其雄蕊数目却相对增多，这表明花瓣的丢失是由花瓣向雄蕊的同源转变造成的。AG1基因的作用：在新近起源的一个无花瓣类群拟扁果草属中，花瓣向雄蕊的同源转变可能与C功能基因AGAMOUS1（AG1）调控区的突变以及由此引起的表达量升高和表达范围外扩有关。这些结果表明，毛茛科大多数无花瓣分支中花瓣的丢失可能是由AG1的表达外扩造成的，而AP3-3的丢失、沉默和表达下调可能是这一过程的结果。该研究不仅有助于全面认识毛茛科植物花瓣平行丢失的分子机制，而且为理解被子植物其他类群中的花瓣丢失问题提供了新思路。以下是相关图片展示：（图1：APETALA3-3基因在毛茛科有花瓣和无花瓣物种中的情况）（图2：毛茛科植物中有花瓣向无花瓣转变的两种可能途径）综上所述，孔宏智研究组的研究揭示了毛茛科植物花瓣平行丢失的分子机制，为理解被子植物花器官演化和多样性提供了新的视角和理论依据。