植物所牡丹當年生枝發育研究取得進展

　　牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）是我國特有的民族資源植物，有“長一尺，退八寸”之說，即當年生開花枝僅有基部形成腋芽的部位能夠木質化，可正常越冬，長度約占年生長量的1/4，而其他3/4部分木質化程度很低，且在秋冬季“退梢枯萎”。探討牡丹當年生枝的木質化形成機理，對于芍藥屬植物草質莖與木質莖的系統演化規律研究及新型油料作物油用牡丹的機械化采收具有重要意義。

　　中國科學院植物研究所芍藥科多樣性與種質創新研究團隊針對牡丹的“退梢”現象，通過組織學、生理學、轉錄組學和代謝組學，探究了牡丹當年生枝木質化過程、次生細胞壁成分（木質素、纖維素和半纖維素）和碳氮的積累規律以及當年生枝不同部位基因表達和激素類代謝物含量的變化，并挖掘出與當年生枝發育相關的樞紐基因。該研究選取油用牡丹“鳳丹”和觀賞牡丹“洛陽紅”2個品種，觀察到二者當年生開花枝的木質化發育進程相似（上部無明顯的厚壁組織，木質素沉積程度、纖維素含量以及碳氮比均低于基部，致使開花枝上部秋冬季“退梢”）；結合轉錄組和代謝組數據，分析當年生枝不同部位基因表達和植物激素代謝物含量的變化，檢出36種植物激素代謝物（“鳳丹”33種、“洛陽紅”31種）；篩選到與木質素生物合成、碳氮代謝和植物激素信號轉導相關的差異表達基因“鳳丹”302個、“洛陽紅”240個，鑒定出與當年生枝發育相關的36個結構基因和40個轉錄因子高度共表達，并挖掘出參與該發育過程的8個樞紐基因。該研究揭示了牡丹當年生枝的發育過程中形態結構、次生細胞壁成分、碳氮比、植物激素及相關基因表達水平的動態變化規律，解析了牡丹“長一尺，退八寸”這一獨特的生物學現象的形成原因，為油用牡丹機械化采收與莖葉的利用奠定了理論基礎。

　　近日，相關研究成果在線發表在《園藝研究》（Horticulture Research）上。研究得到中國科學院戰略性先導科技專項（A類）“美麗中國”生態文明建設科技工程的支持。

　　論文鏈接

　　油用牡丹“鳳丹”當年生枝的表型及顯微觀察。U，開花枝上部；B，開花枝基部；Vbs，維管束鞘；Ve，導管；Scl，厚壁組織；S1-S9，年生長周期的9個發育階段，分別為抽枝，展葉，開花，花后20、40、60、80天，果實成熟，枯萎階段。

　　牡丹當年生枝發育相關的轉錄因子與結構基因的共表達網絡分析。黃色背景的節點表示更強的連通性，意味著相應的基因更重要；連接節點的黑線和紅線分別表示正相關性和負相關性。