OPR | 中科院植物所舒庆艳研究员团队揭示了HSP20基因家族对牡丹花器官数量变异的遗传基础

有花植物中，花器官作为重要繁殖系统，是物种形成与多样化的关键所在，同时，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、变异丰富。

2023年12月，Ornamental Plant Research 在线发表了中国科学院植物研究所芍药科多样性与种质创新团队题为Integration of genome-wide identification, transcriptome and association analysis of HSP20 gene family to revealing genetic basis of floral organ number-related traits in tree peony 的研究论文。

在前期的研究中，牡丹团队采用关联分析（GWAS）和表达数量性状位点（eQTL）分析，揭示了花器官数量相关基因的等位变异，并提出了牡丹花器官数量变异调控网络模型（Horticulture Research, 10(7): uhad110）。已有研究表明HSP20是植物中主要的HSP家族，也是其中分子量最小的成员，仅为12-43 kDa。多个物种中的研究已证明HSP20在植物生长、发育和应激反应中发挥重要作用。然而，我们对于HSP20基因家族在牡丹中的作用知之甚少，它对牡丹花器官数量是否有显著影响也是未解之谜。因此，为了进一步探索牡丹花器官数量变异的遗传基础，本研究通过全基因组鉴定、转录组和关联分析，揭示HSP20基因家族对牡丹花器官数量变异的遗传基础。

中科院植物所舒庆艳团队结合基因组数据，共鉴定出149个HSP20家族成员，分为10个亚家族（图1），分布于5条染色体上。从花器官数量差异的两个材料的三个发育阶段的转录组中，共鉴定出38个差异表达的HSP20基因。根据差异表达情况和转录本中的SNP位点，从271个广泛栽培的牡丹品种进一步选择PoHSP89和PoHSP133进行克隆，通过序列变异、连锁不平衡与种群结构分析，以及SNPs与花器官数量关联分析等，发现PoHSP89和PoHSP133分别与花器官数量存在7和19对SNP关联组合，分别解释了1.79%-4.06%和1.92%-12.37%的表型变异（图2）。本研究解析了牡丹中HSP20基因家族系统发育关系，揭示了HSP20及其SNP位点对牡丹花器官数量变异的遗传基础，有助于未来进行高产优质牡丹分子育种。

图1 牡丹HSP20家族系统发育树

图2 PoHSP89 和PoHSP133 部分显著相关基因座的表型变异

(CN, 心皮数量; SN, 雄蕊数量)

中科院植物所助理研究员彭丽平和硕士研究生宋文瑾为该论文的共同第一作者，研究员舒庆艳和助理研究员李旸为共同通讯作者。植物所研究员刘政安、已经毕业硕士研究生谭万庆、洛阳农林科学院王晓晖也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助支持。

研究团队介绍

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面向国家重大需求和经济主战场，围绕芍药科种质资源收集和保护、特色优质新品种选育、油用牡丹等产业化应用，攻克芍药科遗传转化、分子标记与多倍体育种、精准栽培与稳产、牡丹籽油品质保持与功能成分分离和纯化、替抗利用等关键核心技术，服务“乡村振兴”等国家重大战略工程。

团队成员合照

原文链接：

https://doi.org/10.48130/OPR-2023-0022

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About Ornamental Plant Research

Ornamental Plant Research 是一本开放获取的期刊，致力于传播观赏植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、评论、观点以及应用性论文。期刊主编由美国佛罗里达大学食品与农业科学学院陈建军教授担任。目前期刊已被Scopus、CABI等数据库收录。

期刊官网：

www.maxapress.com/opr

投稿链接：

mc03.manuscriptcentral.com/ornpr

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