OPR | 浙江农林大学紫薇课题组在紫薇花开放分子发育方面取得进展

摘要：花瓣扩展作为花器官发育的核心环节，直接影响单花寿命和观赏品质形成。然而，目前关于紫薇花瓣细胞扩张的分子调控网络尚未建立，其调控机制尚未明晰，成为制约花期调控研究的关键瓶颈。深入解析该过程的分子基础，将为紫薇花期定向改良和观赏品质提升提供理论依据。

紫薇（Lagerstroemia indica）作为紫薇属（Lagerstroemia）最具观赏价值的代表物种，因其盛夏开花特性、丰富的花色表型、光滑的枝干形态及对大气污染物具有较强的耐受性，在园林景观中兼具重要的观赏价值和生态功能。值得注意的是紫薇虽具有长达三个月的群体花期，但其单花寿命仅维持24-48小时，导致实际有效观赏期与群体理论花期存在显著差异。特别是在国庆黄金周等关键景观节点，普遍存在群体花期衰退现象，严重制约其观赏效益的持续发挥。因此，解析紫薇花器官发育调控机制，通过花期精准调控延长其观赏时效，已成为木本观赏植物研究的重要方向。
花瓣扩展作为花器官发育的核心环节，直接影响单花寿命和观赏品质形成。然而，目前关于紫薇花瓣细胞扩张的分子调控网络尚未建立，其调控机制尚未明晰，成为制约花期调控研究的关键瓶颈。深入解析该过程的分子基础，将为紫薇花期定向改良和观赏品质提升提供理论依据。
2025年5月，Ornamental Plant Research 在线发表了浙江农林大学顾翠花教授课题组题为Deciphering the genetic basis of flower opening in Lagerstroemia indica: transcriptomic and functional insights into expansin-mediated petal expansion 的研究论文。
通过四个发育阶段的花芽和开花的转录组分析来系统挖掘EXP 基因家族在紫薇花瓣扩展中的关键作用，同时发现紫薇花开放与激素信号通路，糖代谢和水运输密切相关。该研究为紫薇花开放的遗传和分子基础提供了新的见解，并为观赏性状繁殖策略的改善优化提供了理论基础。
该研究依据紫薇花期分为四个阶段采样，通过RNA测序获取不同阶段的基因表达谱，筛选出差异表达基因（DEGs）。KEGG分析显示差异基因主要富集于显著参与花开放的碳水化合物、脂质和氨基酸代谢通路。赤霉素（GA）受体基因（GID ）和生长素（AUX/IAA、SAUR）相关基因在开放后期（S3-S4）显著上调，表明激素动态调控花瓣扩张。木葡聚糖内转糖苷酶（XTH）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）等基因在盛花期高表达，协同扩展蛋白促进细胞壁松弛。质膜内在蛋白（PIP）和液泡膜内在蛋白（TIP）的表达持续升高，驱动细胞膨压增加。

图1 紫薇花朵开放的四个阶段：（S1）花蕾闭合，花瓣未显色；（S2）花瓣开始显色；（S3）花瓣逐渐裂开，花瓣与花萼逐步展开，柱头伸长；（S4）花瓣与花萼完全展开，花药紧闭，柱头呈绿色且具粘液。

同时，鉴定出紫薇共有27个EXP 基因家族成员，分析其理化性质、保守结构域、基序及系统发育关系，并筛选关键候选基因。LiEXP 基因家族分为4个亚家族（EXPA、EXPB、EXLA、EXLB），其中LiEXLA1 和LiEXLA2 在S3-S4阶段高表达，与花瓣扩张关键期吻合。系统发育分析显示，LiEXLA1、LiEXLA2 与桂花（Osmanthus fragrans）的OfEXLA1 同源，暗示功能保守性。过表达LiEXLA1 和LiEXLA2 的拟南芥植株表现出提前开花和花瓣面积显著增大，证实二者通过促进细胞壁松弛调控花瓣扩张。

图2 野生型和转LiEXLA1 基因拟南芥生长45天

图3 野生型和转LiEXLA2 基因拟南芥生长45天

该研究由浙江农林大学顾翠花教授课题组完成，浙江农林大学已毕业硕士生张国哲、赵雨和中国农业科学院深圳农业基因组研究所武志强研究员为该论文的并列第一作者，杨丽媛副教授、河南牧业经济学院宗建伟副教授和浙江农林大学顾翠花教授为该论文的通讯作者。该工作得到了浙江省自然科学基金（项目编号：LY21C160001）和浙江省农业新品种选育科技重大专项（项目编号：2021C02071-4）的经费资助。
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特邀作者：张国哲、赵雨

编辑：顾笑寅

审核：史安琪

关于Ornamental Plant Research

Ornamental Plant Research 是一本开放获取的期刊，致力于传播观赏植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、评论、观点以及应用性论文。期刊主编由美国佛罗里达大学食品与农业科学学院陈建军教授担任，执行主编由东北师范大学生命科学学院高翔教授担任。目前期刊已被ESCI、Scopus、DOAJ、CABI等数据库收录。