花部器官适应性进化发育的机制是植物科学领域的前沿科学问题和研究热点。有些植物在不同部位或不同环境下形成开放花（CH）与闭锁花（CL）两种形态完全不同的花，但环境和遗传因子相互作用下两型花进化发育的分子机制尚不清楚。早开堇（Viola prionantha）为堇菜属植物，是一种典型的两型闭花受精植物，具有开放花（CH）与闭锁花（CL）的混合繁育体系，其两型花的形成与发育可被光周期驱动。
近日，李巧峡课题组与合作者通过转录组学方法比较了早开堇CH与CL花不同发育阶段基因的表达模式，得出光周期途径中的转录因子协同昼夜节律、花器官身份、糖脂代谢以及抗逆或防御反应调控了CH与CL花发育的结论。研究表明，CL花中与昼夜节律和促进开花相关基因（如GI、CO和SOC1）的表达量高于CH花，而CH花中促进花瓣与雄蕊启动和发育相关基因（如UFO和 B功能MADS-box 基因）的表达量高于CL花。此外，短日照能促进早开堇中糖酵解、脂肪酸生物合成与蔗糖的合成，其相关基因与AP3和PI共表达；同时GI和其它昼夜节律相关的基因与抗生物或非生物胁迫基因共表达，且这些抗逆基因可能会抑制AP3和PI或UFO的表达，负调控花瓣雄蕊的发育。本研究揭示了早开堇CH与CL花发育相关的动态分子调控网络，为理解环境驱动两型花的进化发育机制提供了理论依据。
该研究成果于2022年7月12日在线发表于国际主流植物学期刊BMC Plant Biology（中科院2区，IF：5.26）。我院李巧峡副教授为论文的第一作者和共同通讯作者，中国科学院植物研究所李鹍鹏博士为论文的共同第一作者，贺超英研究员为论文通讯作者，我院孙坤教授也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金与甘肃省自然科学基金项目的资助。
图：早开堇CH与CL花发育的分子调控模型
全文链接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-022-03732-4