近日，Journal of Systematics and Evolution（JSE）在线发表了西北师范大学生命科学学院李巧峡教授与中国科学院植物研究所贺超英研究员联合研究团队题为“Inter-species transcriptomic comparisons reveal potential molecular genetic mechanisms underlying the evolutionary development of dimorphic flowers in Viola”的研究论文（https://DOI: 10.1111/jse.13177）。研究团队以不同光周期下紫花地丁和角堇5个发育阶段的花芽为材料进行了种间比较转录组分析。研究发现，与16 h光照条件下的CL相比，紫花地丁12 h光照条件下CH发育中生长素响应因子基因（ARFs）、B-类MADS-box基因、脂肪酸、类黄酮和花青素生物合成相关基因的表达明显上调，一些防御反应基因的表达则下调。然而，角堇中这些基因的表达量在两个光周期下CH的形成过程中没有明显变化。此外，ARFs、CRC、BEPp、TCP14和UGT87A与主要调控花瓣发育的B类MADS-box基因共表达。由此推测，参与防御反应、生长素信号通路、花器官身份决定、脂肪酸和黄酮类生物合成等方面的基因形成潜在的网络响应光周期变化而参与调控紫花地丁CH与CL的发育与形成。
植物花器官表型可塑性与花的进化发育机制是植物科学领域前沿科学问题和研究热点。两型闭花受精是同一植物不同部位或不同时间形成开放花（chasmogamous flower, CH）与闭锁花（cleistogamous flower, CL）两种形态完全不同的花的繁殖方式。CH花瓣完全发育，颜色鲜艳，可异花受精。而CL花瓣发育不良或缺失，自花受精。两型闭花受精既能保持种子生产和后代遗传多样性，又能维持物种生存与进化，是植物适应环境极富特色的生态创新性状。一些环境因子如光周期、光强和温度等会影响CH和CL的发育，是典型的器官发育可塑性的体现。堇菜属大多数植物具有两型闭花受精的繁育系统，光周期是影响其CH和CL形成的主要生态因子，如紫花地丁（Viola philippica）在中短日照下可形成CH，长日照下形成CL。但光周期驱动堇菜属植物两型花发育的分子机制尚不清楚。堇菜属中也有少数物种的花型不受光周期影响，如角堇（V. cornuta）在不同光周期下形成的花均为CH，使得其成为研究堇菜属CH和CL进化发育机制的理想对照物种。
近日，Journal of Systematics and Evolution（JSE）在线发表了西北师范大学生命科学学院李巧峡教授与中国科学院植物研究所贺超英研究员联合研究团队题为“Inter-species transcriptomic comparisons reveal potential molecular genetic mechanisms underlying the evolutionary development of dimorphic flowers in Viola”的研究论文（https://DOI: 10.1111/jse.13177）。研究团队以不同光周期下紫花地丁和角堇5个发育阶段的花芽为材料进行了种间比较转录组分析。研究发现，与16 h光照条件下的CL相比，紫花地丁12 h光照条件下CH发育中生长素响应因子基因（ARFs）、B-类MADS-box基因、脂肪酸、类黄酮和花青素生物合成相关基因的表达明显上调，一些防御反应基因的表达则下调。然而，角堇中这些基因的表达量在两个光周期下CH的形成过程中没有明显变化。此外，ARFs、CRC、BEPp、TCP14和UGT87A与主要调控花瓣发育的B类MADS-box基因共表达。由此推测，参与防御反应、生长素信号通路、花器官身份决定、脂肪酸和黄酮类生物合成等方面的基因形成潜在的网络响应光周期变化而参与调控紫花地丁CH与CL的发育与形成。
西北师范大学生命科学学院李巧峡教授团队长期以来对堇菜属CH-CL的进化发育进行了研究，取得了一系列原创性研究成果。中国科学院植物研究所贺超英研究员团队长期关注植物生殖器官多样性与发育可塑性的进化遗传调控机制等科学问题。本研究揭示了紫花地丁CH与CL发育相关的分子动态与潜在的调控网络，为理解环境驱动两型花的进化发育与器官发育可塑性机制提供了新的思路和视觉。
西北师范大学生命科学学院李巧峡教授为该论文的第一作者与共同通讯作者，中国科学院植物研究所博士研究生安正红为论文的共同第一作者，贺超英研究员为论文共同通讯作者。西北师范大学生命科学学院孙坤教授和硕士研究生赵国福、陈晨龙也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
图：紫花地丁（Viola philippica）和角堇（V. cornuta）花芽形态比较分析与B-类MADS-box基因及其共表达基因的关联性