花器官作为有花植物的重要繁殖系统，是物种形成与多样化的关键，在人类对植物驯化栽培和育种过程中，花器官数量决定了其产量、品质及育种成败。牡丹（Paeonia suffruticosa）属于芍药科芍药属植物，其花形态多样。出于对重瓣花的偏爱，人们在漫长的驯化栽培和选择过程中对花瓣数目进行了持续的选择，导致牡丹花瓣、雄蕊和心皮数量表现出丰富的变异，但其遗传调控网络仍是未解之谜。
中国科学院植物研究所芍药科多样性与种质创新研究团队针对牡丹栽培品种群体表型丰富的变异，基于全基因组关联研究（GWAS）和表达数量性状位点（eQTL），重点解析了花器官数量多态性和遗传变异机制。科研人员以牡丹栽培品种群体为范式，在对271个广泛栽培的牡丹品种的24个表型性状进行调查基础上，筛选出花瓣数、雄蕊数和心皮数变异丰富的119个代表品种进行转录组测序，共检测到52,280个基因，鉴定出407,561个高置信度SNPs。采用关联分析（GWAS）和表达性状数量性状位点（eQTL）分析，揭示了花器官数量相关基因的等位变异。在此基础上，采用加权基因共表达网络分析（WGCNA），鉴定出3,066、721和96个顺式作用eQTL位点（cis-eQTLs）分别调控356、122和15个基因参与花瓣、雄蕊和心皮数量遗传调控网络。通过计算模块特征基因连通性值，共鉴定出19个hub基因并构建了共表达网络，其中有11个基因受GWAS相关cis-eQTLs调控。进一步分析发现AP3、AGL6和SEP3/AGL9的cis-eQTLs会导致花瓣数目显著差异；SEP2/AGL4、SEP3/AGL9和PI-1的cis-eQTLs会导致雄蕊数目显著差异；SEP2/AGL4和SEP3/AGL9的cis-eQTLs会导致心皮数目显著差异。研究团队通过不同发育时期花芽的转录组对上述结果进行了验证，并提出了牡丹花器官数量变异调控网络模型。该研究为解析牡丹驯化过程中花器官数量变异的遗传基础和产量调控提供思路，并为牡丹高产优质育种奠定理论基础。
研究进展于7月17日在线发表于Horticulture Research。植物所助理研究员彭丽平和李旸为该论文的共同第一作者，研究员舒庆艳和刘政安为共同通讯作者。植物所已经毕业硕士研究生谭万庆、在读硕士研究生吴尚蔚、博士后佟宁宁，青岛农业大学副教授郝青和洛阳农林科学院牡丹研究所正高级工程师王占营也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhad110
（资源植物实验室供稿）
基于119个品种的花器官数目聚类、候选基因表达模式及cis-eQTL引起的表型变异
牡丹花器官数目变异调控网络模型
