昆明植物所总结植物重瓣花形成的分子遗传调控机制
演化生物学中一个“恼人之谜（abominable mystery）”就是花器官的神奇出现和多样化（达尔文，1868）。通常，一朵花从内而外包含四类器官：萼片、花瓣、雄蕊和心皮（雌蕊）；而被子植物中由萼片和花瓣形成的花被（perianth）形成了异常丰富多彩的展示性组织，对其传粉成功和物种延续至关重要。因应环境因素的高度可变，植物发展出了重瓣花（doubled flower，DF）。DF性状不仅是非常重要的生物学创新性状，也是非常重要的经济学性状，在经济作物特别是包括玫瑰、康乃馨等切花园艺作物中受到强烈人工选择，故而其分子遗传调控机制备受关注。
中国科学院昆明植物研究所（以下简称“昆明植物所”）胡金勇团队长期聚焦植物关键性状如开花时间、花器官等形成与多样性的分子遗传调控机制解析，取得了系列研究成果并发表在National Science Review（2021）、Plant Cell（2023）、Plant Communications（2024）、Plant Physiology（2023）、Plant Journal（2023）、Horticulture Research（2022a/b）。最近，团队以模式植物拟南芥等花重瓣化的遗传调控机制为核心，系统总结了植物特别是园艺作物重瓣花形成的研究现状和相关基因调控网络；除了很多研究发现的miR172/AP2-like的序列变异造成DF外（图1），其他因素特别是控制干细胞分生组织的WUS-CLV3模块中出现的序列和表达变异也是花瓣数目特别是“超重瓣（super doubled flower）”形成的关键因素之一；当然，如生长激素、温度等也会通过整合染色质稳定性调控因子等来控制DF性状（图2、3）。最后提出，基于团队发展的“自然突变体（natural mutant）”理念，借助于高通量测序如时空组学（spatial transcriptomics）和单细胞组学（single-cell RNA sequencing）技术、高效基因编辑技术等，构建高效转基因体系，更多DF性状形成调控机制会被揭示，并会有效促进DF等性状的靶向性种质创新。
研究不仅总结了植物花瓣数目多样化形成与维持调控机制和相关基因调控网络，还为进一步解析基于现代组学联合高效编辑技术靶向性开展种质创制提供了新思路。研究成果以Molecular and genetic regulation of petal number variation in plants为题发表于植物学经典期刊Journal of Experimental Botany。昆明植物所博士研究生王丹为论文第一作者，昆明植物所胡金勇研究员和董雪副研究员、法国里昂大学Mohammed Bendahmane教授为共同通讯作者。昆明植物所博士后仲米财、蒋晓东和崔卫华参与了本项工作。该研究得到了云南省科学技术厅重大科技专项计划（202302AE090209）、国家自然科学基金（32370578）和中国科学院战略性先导科技专项（XDB31000000）支持。
图1 miR172/AP2-like变异与重瓣性状形成
图2 重瓣性状形成的内在遗传与外界环境因子
图3 同源异型转化与原基干细胞调控网络变异很可能导致超重瓣性状形成