花瓣是被子植物吸引傳粉者的重要媒介，在形態(tài)和結(jié)構(gòu)等方面呈現(xiàn)出多樣性。已有研究表明，花瓣由苞片或雄蕊多次獨(dú)立演化而來(lái)，但在不同分支中發(fā)生了丟失，導(dǎo)致多個(gè)無(wú)花瓣類(lèi)群的獨(dú)立起源。然而，到目前為止，導(dǎo)致花瓣平行丟失和無(wú)花瓣類(lèi)群獨(dú)立起源的分子機(jī)制尚不清楚。
　　中國(guó)科學(xué)院植物研究所孔宏智研究組長(zhǎng)期從事花和花器官起源和多樣化的分子機(jī)制研究。此前研究發(fā)現(xiàn)，毛茛科（Ranunculaceae）植物的最近共同祖先是有花瓣的，但在九個(gè)分支中獨(dú)立演化出無(wú)花瓣類(lèi)群；花瓣身份基因APETALA3-3（AP3-3）的“不表達(dá)”與花瓣的丟失密切相關(guān)，盡管導(dǎo)致其“不表達(dá)”的機(jī)制在不同分支中并不相同。然而，由于取樣有限，毛茛科其他無(wú)花瓣分支中AP3-3基因的表達(dá)情況及其與花瓣平行丟失的關(guān)系并不清楚。
　　近日，該研究團(tuán)隊(duì)以所有九個(gè)無(wú)花瓣分支的代表物種為材料，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組、分子進(jìn)化、比較形態(tài)學(xué)和功能研究，系統(tǒng)探究毛茛科中花瓣平行丟失的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：AP3-3的不表達(dá)或表達(dá)下調(diào)確實(shí)與花瓣的完全丟失密切相關(guān)；在九個(gè)無(wú)花瓣分支中，AP3-3在黃根葵屬（Hydrastis）、唐松草屬（Thalictrum）和驢蹄草屬（Caltha）中可能已完全丟失，在擬扁果草屬（Enemion）和雞爪草屬（Calathodes）中存在但并不表達(dá)，在三個(gè)分支鐵破鑼屬（Beesia）、鐵線蓮屬（Clematis）和白根葵（Glaucidium）中存在、表達(dá)但表達(dá)量明顯降低，在假美洲升麻（Trautvetteria）中正常表達(dá)；與近緣有花瓣物種相比，野生無(wú)花瓣物種中萼片的數(shù)目往往沒(méi)有增加，但其雄蕊數(shù)目卻相對(duì)增多，表明花瓣的丟失是由花瓣向雄蕊的同源轉(zhuǎn)變?cè)斐傻?；在新近起源的一個(gè)無(wú)花瓣類(lèi)群擬扁果草屬中，花瓣向雄蕊的同源轉(zhuǎn)變可能與C功能基因AGAMOUS1（AG1）調(diào)控區(qū)的突變以及由此引起的表達(dá)量升高和表達(dá)范圍外擴(kuò)有關(guān)。這些研究結(jié)果表明，毛茛科大多數(shù)無(wú)花瓣分支中花瓣的丟失可能是由AG1的表達(dá)外擴(kuò)造成，而AP3-3的丟失、沉默和表達(dá)下調(diào)可能是結(jié)果。該研究有助于全面認(rèn)識(shí)毛茛科植物花瓣平行丟失的分子機(jī)制，并為理解被子植物其他類(lèi)群中的花瓣丟失問(wèn)題提供新思路。
　　9月5日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在The Plant Journal上?？缀曛茄芯拷M博士后段曉?shī)?、博士生趙彩耀和已畢業(yè)博士生蔣永超為論文共同第一作者，研究員孔宏智和副研究員山紅艷為論文共同通訊作者，研究工作得到中科院的資助。
　　論文鏈接 
　　圖1.APETALA3-3基因在毛茛科有花瓣和無(wú)花瓣物種中的情況
　　圖2.毛茛科植物中有花瓣向無(wú)花瓣轉(zhuǎn)變的兩種可能途徑