全基因组鉴定揭示流苏树ARF基因家族调控花形态建成的分子机制——以CrARF37调控花瓣维管发育为例

本研究针对流苏树(Chionanthus retusus)花形态多样性形成的分子机制展开探索。研究人员通过全基因组鉴定获得49个生长素响应因子(ARF)基因，结合转录组分析和转基因功能验证，首次揭示CrARF37通过激活AtHB-AtAUX/IAA通路调控花瓣维管发育的关键作用。该研究为观赏植物花型改良提供了重要理论依据。

　　

在园林观赏植物中，流苏树以其独特的"四月飞雪"景观闻名，其花朵形态从平展型到螺旋扭曲型的自然变异为品种选育提供了丰富素材。然而，这种形态多样性的分子调控机制长期不明。尤其值得注意的是，花瓣维管系统的发育模式直接影响器官形态，但关于维管组织如何决定花形态这一基础科学问题，目前仅见拟南芥等模式植物的叶片研究报道。

山东农业大学林业学院的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的最新研究，首次系统解析了流苏树ARF基因家族的全基因组特征，并揭示了CrARF37通过调控维管发育影响花形态的分子机制。研究人员采用三代测序组装的高质量参考基因组，结合多组学分析和转基因技术，对49个CrARF基因进行系统鉴定，通过比较三个典型花型品种（平展型'雪早花'、半闭合型'雪灯笼'和螺旋型'雪旋'）的时空表达谱，锁定关键调控因子CrARF37，并在拟南芥中验证其功能。

关键技术包括：（1）基于PacBio和HiC的流苏树基因组组装；（2）跨物种共线性分析比较流苏树、油橄榄和丁香属植物；（3）四发育时期（蕾期、初花期、盛花期、末花期）的转录组测序；（4）CrARF37过表达转基因株系构建及表型分析。

研究结果部分：

1. 基因组特征分析

   鉴定出49个CrARF基因，系统发育分析显示其分为4个亚家族（I、IIa、IIb、III）。染色体定位发现42对片段复制基因，其中IIa亚家族显著扩张（16个成员）。启动子顺式元件分析揭示CrARF22含192个调控元件，为家族之最。

1. 表达模式解析

   转录组热图显示IIa亚家族基因（如CrARF37）在平展花型'雪早花'中特异性高表达。qRT-PCR验证CrARF37在6个品种中的表达量差异达8.5-24.9倍，与花型平坦度呈正相关。

1. 功能验证

   CrARF37过表达使拟南芥花瓣维管长度增加35%，显著激活AtHB8（同源盒转录因子）表达，同时抑制AtAUX/IAA8/20（生长素信号抑制因子）。

结论与讨论：

该研究首次建立ARF基因家族与流苏树花形态的分子联系，提出"CrARF37-AtHB8-维管模式"调控通路：CrARF37通过结合TGTCTG顺式元件激活AtHB8表达，促进维管束分化和延伸，从而增强花瓣机械支撑力，形成平展花型。这一发现不仅丰富了植物器官形态建成的理论框架，更为分子设计育种提供了关键靶点——通过调控CrARF37表达量可定向改良花型，对观赏植物品种创新具有重要实践价值。研究还揭示了Oleaceae植物ARF基因家族的进化特征，为后续比较基因组学研究奠定基础。