小王子曾說“每一朵花都有它的秘密”，在漫長的進(jìn)化過程中,，花朵不斷適應(yīng)著不同的環(huán)境和生態(tài)角色,，進(jìn)化出了各種各樣的特征和生存策略,。它們不僅使花朵能夠生存下來,，還使它們更加美麗和神秘,。通過深入了解花朵的進(jìn)化歷史和特征,，我們可以更好地欣賞和理解它們的美和價值,。

近日,，基因組所發(fā)表了首個簕杜鵑高質(zhì)量基因組,，解析了其所屬石竹目紫茉莉科的演化歷史及遠(yuǎn)古基因流，揭示了甜菜堿合成通路參與基因的表達(dá)模式與簕杜鵑花色形成之間的關(guān)聯(lián)性,，為進(jìn)一步研究簕杜鵑重要觀賞性狀提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù),。

簕杜鵑（Bougainvillea spp.）為石竹目紫茉莉科（Nyctaginaceae）葉子花屬（Bougainvillea）植物，又稱三角梅,、寶巾花,、九重葛等，是熱帶和亞熱帶地區(qū)最常見,、最重要的多年生觀賞灌木之一,。簕杜鵑的觀賞部位是它的花瓣?duì)畎捎谄溟_花繁茂,，苞片顏色豐富多彩,，花期長；加之簕杜鵑適應(yīng)性強(qiáng),，易于繁殖,，病蟲害少，應(yīng)用形式廣泛等特點(diǎn),，具有廣泛而重要的園藝,、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值，目前已被我國20多個省 （海南?。?、市（深圳市等）確定為省花、市花,，更被贊比亞共和國選定為國花,。目前簕杜鵑在我國福建、云南,、廣東,、海南等地廣泛種植，是公認(rèn)的第一大城市景觀花卉。近十年來,，隨著簕杜鵑應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,，越來越多的新的品種也隨之問世，然而,，相較于傳統(tǒng)的大宗灌木花卉如月季,，牡丹等，簕杜鵑品種數(shù)量較少,，多樣性不豐富,，遠(yuǎn)不能滿足市場的多元化需求，為進(jìn)一步發(fā)掘簕杜鵑關(guān)鍵性狀調(diào)控基因和加速新品種選育,，需要一個高質(zhì)量簕杜鵑基因組為精準(zhǔn)高效分子育種提供導(dǎo)向和理論基礎(chǔ),。

圖1 | 簕杜鵑

該研究組裝了一個大小為5G的“巴特夫人”基因組，核型分析證明其染色體數(shù)目為34條,，包含有79.61%的重復(fù)序列,，注釋得到了86,572個基因。系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析表明,，“巴特夫人”經(jīng)歷了一次近期全基因組二倍化（WGD）事件,，并且在這之前還經(jīng)歷過一次全基因組三倍化事件（WGT）。通過對石竹目內(nèi)部的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析表明,，發(fā)現(xiàn)石竹目內(nèi)部廣泛存在遠(yuǎn)古基因流事件,，導(dǎo)致了內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的紊亂。

圖2 | “巴特夫人”的近期多倍化事件及石竹目系統(tǒng)發(fā)育分析

植物中存在三大主要色素——胡蘿卜素,，花青素和甜菜堿,，花青素可以被絕大部分的植物合成，然而甜菜堿在植物中僅限部分核心石竹目下的物種可以合成,，并且在自然界中,，甜菜堿和花青素?zé)o法同時在一個物種中合成。在簕杜鵑中,，其豐富的苞片顏色主要來源于甜菜堿,。本研究將石竹目下甜菜堿合成物種和花青素合成物種的色素（甜菜堿和花青素）合成通路參與基因進(jìn)行了鑒定和分析，發(fā)現(xiàn)花青素合成物種仍然保留有完整的甜菜堿合成通路,，但是部分甜菜堿合成物種丟失了部分花青素合成的關(guān)鍵基因,，并且每個物種都具有各自獨(dú)立的通路擴(kuò)增途徑。雖然康乃馨(合成花青素)和‘巴特夫人’都存在完整的色素合成通路,，但是均在無法合成相應(yīng)色素的通路中存在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)基因不表達(dá)的情況,。通過對不同顏色的簕杜鵑苞片的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，苞片顏色與其通路參與基因表達(dá)模式之間沒有直接的關(guān)聯(lián)度,；但是與白色苞片品種相比,，甜菜堿合成通路中具有更多高表達(dá)基因有助于形成有色苞片。這項(xiàng)研究加深了對基因表達(dá)和苞片顏色之間相關(guān)性的了解，對豐富苞片顏色的育種工作具有重要的促進(jìn)作用,。

圖3 | 不同苞片顏色的簕杜鵑甜菜堿合成通路參與基因表達(dá)模式

基因組所武志強(qiáng)研究員和海南省農(nóng)科院楊珺副研究員為論文的通訊作者,，基因組所與莫道克大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生蘭嵐和海南省農(nóng)科院趙慧琪博士為論文的共同第一作者。莫道克大學(xué)Wayne Reeve教授,、任永林教授，科羅拉多州立大學(xué)Luke Tembrock教授等對該研究提出了重要指導(dǎo),。該研究得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南繁研究院項(xiàng)目,、鯤鵬院和基因組所啟動項(xiàng)目、國家自然基金項(xiàng)目,、深圳市農(nóng)業(yè)合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目,、海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目和海南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad124