小王子曾说“每一朵花都有它的秘密”，在漫长的进化过程中，花朵不断适应着不同的环境和生态角色，进化出了各种各样的特征和生存策略。它们不仅使花朵能够生存下来，还使它们更加美丽和神秘。通过深入了解花朵的进化历史和特征，我们可以更好地欣赏和理解它们的美和价值。

近日，基因组所发表了首个簕杜鹃高质量基因组，解析了其所属石竹目紫茉莉科的演化历史及远古基因流，揭示了甜菜碱合成通路参与基因的表达模式与簕杜鹃花色形成之间的关联性，为进一步研究簕杜鹃重要观赏性状提供了坚实的理论依据。

簕杜鹃（Bougainvillea spp.）为石竹目紫茉莉科（Nyctaginaceae）叶子花属（Bougainvillea）植物，又称三角梅、宝巾花、九重葛等，是热带和亚热带地区最常见、最重要的多年生观赏灌木之一。簕杜鹃的观赏部位是它的花瓣状苞片，由于其开花繁茂，苞片颜色丰富多彩，花期长；加之簕杜鹃适应性强，易于繁殖，病虫害少，应用形式广泛等特点，具有广泛而重要的园艺、生态和经济价值，目前已被我国20多个省 （海南省）、市（深圳市等）确定为省花、市花，更被赞比亚共和国选定为国花。目前簕杜鹃在我国福建、云南、广东、海南等地广泛种植，是公认的第一大城市景观花卉。近十年来，随着簕杜鹃应用范围的扩大，越来越多的新的品种也随之问世，然而，相较于传统的大宗灌木花卉如月季，牡丹等，簕杜鹃品种数量较少，多样性不丰富，远不能满足市场的多元化需求，为进一步发掘簕杜鹃关键性状调控基因和加速新品种选育，需要一个高质量簕杜鹃基因组为精准高效分子育种提供导向和理论基础。

图1 | 簕杜鹃

该研究组装了一个大小为5G的“巴特夫人”基因组，核型分析证明其染色体数目为34条，包含有79.61%的重复序列，注释得到了86,572个基因。系统发育学分析表明，“巴特夫人”经历了一次近期全基因组二倍化（WGD）事件，并且在这之前还经历过一次全基因组三倍化事件（WGT）。通过对石竹目内部的系统发育学分析表明，发现石竹目内部广泛存在远古基因流事件，导致了内部系统发育关系的紊乱。

图2 | “巴特夫人”的近期多倍化事件及石竹目系统发育分析

植物中存在三大主要色素——胡萝卜素，花青素和甜菜碱，花青素可以被绝大部分的植物合成，然而甜菜碱在植物中仅限部分核心石竹目下的物种可以合成，并且在自然界中，甜菜碱和花青素无法同时在一个物种中合成。在簕杜鹃中，其丰富的苞片颜色主要来源于甜菜碱。本研究将石竹目下甜菜碱合成物种和花青素合成物种的色素（甜菜碱和花青素）合成通路参与基因进行了鉴定和分析，发现花青素合成物种仍然保留有完整的甜菜碱合成通路，但是部分甜菜碱合成物种丢失了部分花青素合成的关键基因，并且每个物种都具有各自独立的通路扩增途径。虽然康乃馨(合成花青素)和‘巴特夫人’都存在完整的色素合成通路，但是均在无法合成相应色素的通路中存在关键节点基因不表达的情况。通过对不同颜色的簕杜鹃苞片的转录组分析发现，苞片颜色与其通路参与基因表达模式之间没有直接的关联度；但是与白色苞片品种相比，甜菜碱合成通路中具有更多高表达基因有助于形成有色苞片。这项研究加深了对基因表达和苞片颜色之间相关性的了解，对丰富苞片颜色的育种工作具有重要的促进作用。

图3 | 不同苞片颜色的簕杜鹃甜菜碱合成通路参与基因表达模式

基因组所武志强研究员和海南省农科院杨珺副研究员为论文的通讯作者，基因组所与莫道克大学联合培养博士生兰岚和海南省农科院赵慧琪博士为论文的共同第一作者。莫道克大学Wayne Reeve教授、任永林教授，科罗拉多州立大学Luke Tembrock教授等对该研究提出了重要指导。该研究得到了中国农业科学院南繁研究院项目、鲲鹏院和基因组所启动项目、国家自然基金项目、深圳市农业合成生物学重点实验室项目、海南省农业科学院项目和海南省重点研发项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad124