2022年8月16日，《植物生物學(xué)》在線發(fā)表了上海植物園木本花卉研究團隊夏溪高級工程師和張春英教授級高工以“轉(zhuǎn)錄組和代謝組的綜合分析揭示了杜鵑花瓣中類黃酮合成的調(diào)控”為題的研究論文。

據(jù)張春英介紹，杜鵑花具有極高的觀賞價值，有“木本花卉之王”的美譽?；ㄉ嵌霹N花重要的觀賞性狀之一?；ò曛蓄慄S酮化合物在花色呈現(xiàn)中起著決定性作用。但杜鵑花類黃酮生物合成的調(diào)控機制尚不清楚。

不同花色的錦繡杜鵑花瓣

花開正艷的錦繡杜鵑

花開正艷的錦繡杜鵑

該研究以錦繡杜鵑為材料，利用代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合分析技術(shù)，鑒定了不同種類的類黃酮代謝物，分析了涉及類黃酮生物合成的差異表達基因，首次構(gòu)建了錦繡杜鵑不同花色中類黃酮生物合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。首次從轉(zhuǎn)錄和代謝水平解析了錦繡杜鵑不同花色的呈色機制，鑒定到了大量和花色呈色相關(guān)的基因、轉(zhuǎn)錄因子和代謝產(chǎn)物，構(gòu)建了3種花色的類黃酮合成途徑模型。研究結(jié)果揭示了錦繡杜鵑花瓣的著色機制和類黃酮代謝途徑，為未來杜鵑花色定向育種提供了理論依據(jù)。

張春英介紹說，花色改良是花卉的育種目標之一。傳統(tǒng)雜交育種是目前花卉育種的主要方式。杜鵑花是木本花卉，雜交育種周期長，而且很難實現(xiàn)僅改變花色而不改變植物其它性狀的育種目標。

基因編輯技術(shù)具有設(shè)計簡便、效率高、成本低等特點。已成為動植物遺傳改良領(lǐng)域新的國際科技競爭點，對未來國際種業(yè)的升級和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。“基因編輯技術(shù)給予了花色定向設(shè)計育種更多的可能性，可以克服傳統(tǒng)育種方法周期長、效率低、精確性低等缺陷，實現(xiàn)精準高效的花色改變，獲得目標品種。但基因編輯實施的前提是要對花色呈色的分子機制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有充分的研究和解析。”張春英說。

該研究通過對杜鵑花色轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析，研究結(jié)果揭示的杜鵑花不同花色的著色機制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定的大量和花色呈色相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因、轉(zhuǎn)錄因子和代謝產(chǎn)物，為未來杜鵑花基因編輯技術(shù)的實施，提供了理論基礎(chǔ)和可供操作的基因資源。

張春英告訴記者，希望未來杜鵑花品種的花色可因需要改變，可像設(shè)計工業(yè)產(chǎn)品一樣設(shè)計品種。但目標的實現(xiàn)首先要研究清楚花卉目標性狀調(diào)控的分子途徑和建立基因編輯技術(shù)體系?！澳壳?，我們正積極地為杜鵑花基因編輯技術(shù)的實現(xiàn)積累基礎(chǔ)。”張春英說