园林学院研究团队在蔷薇属花色性状定位及分子解析方面取得多项进展

近日，园林学院于超教授课题组在《Ornamental Plant Research》《Horticultural Plant Journal》《Food Chemistry》上共发表3篇论文，深入揭示现代月季花色相关遗传位点及其分子调控机制。系统回顾了多组学技术结合正/反向遗传学策略在园艺作物群体遗传研究中的应用，以四倍体月季基因组为基础，精细定位了现代月季花瓣类胡萝卜素代谢相关的主效QTL位点。结合转录组和代谢组学联合分析，构建了月季类胡萝卜素代谢的分子调控网络并对关键基因进行了鉴定与功能分析。

月季（Rosa spp.）是我国乃至世界范围内栽培面积最大、产值最高的观赏植物类群。现代月季为节段异源四倍体，高度杂合的基因组阻碍了现代月季中重要性状的精细定位和关键基因的高效挖掘，导致分子标记辅助育种的效率很低。基于现有的二倍体基因组构建遗传图谱会因倍性差异导致标记信息和基因分型结果不准确，从而影响定位结果。因此亟需组装高质量的四倍体月季参考基因组，助力现代月季重要性状的遗传分析和分子育种。研究对四倍体古老月季‘云蒸霞蔚’进行了基因组组装，区别于传统的二倍体作图策略，在四倍体水平不断加密遗传连锁图谱，精细定位类黄酮和类胡萝卜素代谢相关QTL位点，探讨多倍体木本植物作图、复杂观赏性状的遗传解析效率。

图1 月季类胡萝卜素含量主效QTL位点qCarp-4精细定位

利用超高效液相色谱-串联质谱技术（UHPLC-MS/MS），对不同发育阶段不同颜色的月季花瓣进行类胡萝卜素靶向代谢组学分析。结果表明，橙色月季花瓣中总类胡萝卜素含量高达488.85 μg/g，以紫黄质肉豆蔻酸酯为主的紫黄质酯是月季花瓣中主要的类胡萝卜素组分。研究进一步通过转录组学分析构建了月季类胡萝卜素代谢的分子调控网络，利用类胡萝卜素工程菌体系，确定了RhBCH1和RhCCD4基因在月季类胡萝卜素代谢中的关键作用。

图2 橙色和白色月季花瓣不同发育阶段的类胡萝卜素代谢特征

在读博士研究生程璧瑄为三篇论文的第一作者，于超教授为论文的通讯作者。我校罗乐教授、孙丽丹教授、潘会堂教授、张启翔教授，东北师范大学高翔教授、瓦赫宁根大学植物育种系数量定位研究专家Peter Bourke博士、福建师范大学赵凯博士及中国中医科学院中药研究所万会花博士对论文提供了重要帮助。课题组成员孙彦琳、刘鑫颖、刘雨晨、杜文婷参与了论文撰写以及部分试验工作。研究得到了国家自然科学基金项目（32071818）及中央高校基本科研业务费专项资金（QNTD202306）的资助。

图3 综述多组学技术辅助不同维度性状的遗传定位分析

据悉，于超教授研究团队主要从事蔷薇属植物种质资源挖掘与重要性状分子机制研究，在月季花色花香代谢途径和遗传调控研究、花果天然产物开发和营养品质研究等领域不断创新。相关成果发表在Nature Communications、Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry等期刊。此外，团队与瓦赫宁根大学植物育种系（Plant Breeding, Wageningen University & Research）开展深入合作，不断探索针对多倍体植物的群体遗传学分析方法，并对蔷薇属重要品质和观赏性状进行遗传定位研究。

论文链接：

Ornamental Plant Research: https://doi.org/10.48130/opr-0024-0020

Horticultural Plant Journal: https://doi.org/10.1016/j.hpj.2024.05.009

Food Chemistry: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141675

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