形态进化的式样、过程及其进化发育机制是进化生物学的核心科学问题。花萼是被子植物外轮花被结构，可保护内部花器官，有助于果实发育，其形态多样性在吸引传粉者与种子传播中具有重要的适应性意义。茄科不同属种受精后果萼宿存且呈现多样的发育重排轨迹，从而产生不同的形态结构，甚至形成形态创新——膨大萼片综合征（inflated calyx syndrome，ICS），也称“中国灯笼”。然而，被子植物果萼形态多样性的演化式样、过程和进化发育机制尚不清楚。
中国科学院植物研究所贺超英研究团队基于237科1287属1347种被子植物果萼的形态，通过祖先状态重建分析发现被子植物祖先萼片很可能（96.35%）为花后脱落型，但大部分现存被子植物（67.78%）果萼宿存；而且，ICS在包括茄科在内至少5个科中独立起源。进一步聚焦茄科不同果萼形态的物种，通过转录组测序与分析表明基因的异量表达和可变剪接变异是果萼发育过程中的主要进化事件。然后利用自主研发的DEEV筛选脚本发现，相比于茄属和辣椒属等不具备ICS的物种，POS4和POS5这2个基因在酸浆属毛酸浆的ICS中高表达；进一步对它们进行VIGS与CRISPR/Cas9介导的基因沉默与敲除均导致毛酸浆“中国灯笼”显著变小。研究还发现大量参与光合作用和刺激响应的基因由果实异位表达至ICS的进化轨迹，这与“中国灯笼”的适应性功能有关。
上述研究结果首次阐明了被子植物萼片宿存和大小的演化式样、过程以及调控茄科宿存果萼膨大与功能演化的转录重塑机制，为理解“中国灯笼”这一形态创新以及植物形态与功能的进化机制提供了新思路和新见解。
研究成果于近日发表在国际学术期刊The Plant Journal上。植物所博士研究生苟巍为论文第一作者，贺超英研究员为通讯作者，在读研究生许楠和已毕业博士研究生李巧茹也参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金的资助。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70772
（植物多样性与特色经济作物重点实验室供稿）
萼片形态演化轨迹和毛酸浆“中国灯笼”的形成
