植物通讯:北京大学生命学院秦源基研究组揭示植物绿色花瓣形成之谜

来源：北京大学2022-03-23 21:03

黄色、粉红色、红色和紫色花瓣在自然界中很常见，而绿色花瓣很少见。对于虫媒花来说，抑制绿色花瓣的形成可以更好的区分花瓣和绿叶，帮助昆虫识别花的位置，从而更好的帮助植物授粉。但作为观赏花卉，绿花是高雅而珍贵的。目前花卉市场上的绿花品种并不多。只有菊花、玫瑰、康乃馨等少数几种花是用绿色花瓣栽培的。这些绿花品种因其稀有而更具商业价值。因此

黄色、粉红色、红色和紫色花瓣在自然界中很常见，而绿色花瓣很少见。对于虫媒花来说，抑制绿色花瓣的形成可以更好的区分花瓣和绿叶，帮助昆虫识别花的位置，从而更好的帮助植物授粉。但作为观赏花卉，绿花是高雅而珍贵的。目前花卉市场上的绿花品种并不多。只有菊花、玫瑰、康乃馨等少数几种花是用绿色花瓣栽培的。这些绿花品种因其稀有而更具商业价值。因此，研究绿色花瓣的形成机制不仅对花卉的进化具有重要意义，而且对绿色花卉的育种也具有实际应用价值。然而，绿色花瓣形成的分子机制仍不清楚。

北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室秦根基教授研究组题为“拟南芥转录因子TCP 4响应叶绿素生物合成防止花瓣变绿”。Cell的新子公司Plant Communications在线发表的一篇研究论文揭示了TCP转录因子通过抑制叶绿素合成来调节绿色花瓣形成和花瓣颜色分布模式的奥秘。

秦吉吉研究组在长期研究TCP转录因子的过程中，意外发现敲除了7个类似CIN的TCP转录因子，第7个突变tcp2/3/4/5/10/13/17可以形成绿色花瓣。转基因实验表明，突变体中TCP4的表达完全可以与tcp2/3/4/5/10/13/17互补，产生绿色花瓣的表型。

正常野生拟南芥的花瓣在发育初期都是绿色的，但随着花瓣的发育，顶端花瓣组织中的叶绿素逐渐消失，叶绿体转化为白色质体，从而形成白色花瓣；而基部花瓣组织始终保持绿色(图A)。与野生型花瓣相比，在tcp2/3/4/5/10/13/17七花瓣体中，顶端花瓣组织中的叶绿素始终保持不变，叶绿体转化为白色质体的过程出现障碍，从而形成绿色花瓣(图B)。进一步的研究表明，TCP4蛋白在花瓣中的表达模式与花瓣发育过程中颜色变化的时间和空间高度一致。

转录组测序分析表明，编码叶绿素合成过程的关键酶基因和一些已知的调节叶绿素合成的正调控因子在花瓣白色部分被抑制，而这些基因在tcp2/3/4/5/10/13/17七联体花瓣中的表达水平显著增加。TCP4可以直接与编码叶绿素合成的关键酶PORB、DVR以及编码正调控叶绿素合成的转录因子SOC1的启动子区域结合，直接抑制这些基因的表达，然后通过抑制叶绿素合成来阻止绿色花瓣的形成(图E和F)。

有趣的是，通过观察胡椒、圣百合、长寿花、二月兰等其他植物的花，发现这些植物的花在发育初期都是绿色的，随着花的发育，顶端花瓣组织中的叶绿素会逐渐褪为白色，然后其他色素开始积累，从而形成不同颜色的花瓣(图C、D)。这说明花瓣中叶绿素含量的变化和质体转化过程在不同植物的花发育中很可能是保守的，叶绿素的去除很可能是其他色素积累和形成不同颜色花瓣的前提。

该研究不仅阐明了TCP转录因子在叶绿素合成和阻止花瓣转绿过程中的重要作用，也加深了人们对花瓣沿基-顶轴颜色模式和花瓣颜色形成的分子机制的认识。(100yiyao.com)

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