近日，国际知名期刊《Horticulture Research》（新锐分区（原中科院分区）一区TOP期刊，园艺领域排名第一，最新影响因子8.5）在线发表了环艺所兰花团队的研究成果“A novel CsbZIP26–CsSEP4–CsSPL18 regulatory module governs gynostemium morphology and floral architecture in Cymbidium sinense”，环艺所林增裕博士与陆楚桥助理研究员为论文共同第一作者，杨凤玺研究员为通讯作者。本研究在墨兰花器官发育调控中取得重要发现，揭示了CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18分子模块精准调控国兰（Cymbidium sinense）合蕊柱形态建成的分子机制。

  在漫长的自然演化和人工选育过程中，国兰演化出诸多花型奇特的品种，其中合蕊柱变异（Gynostemium Variant, GV）品种尤为亮眼。这类品种的合蕊柱发育异常、形态丰富多样，不仅具备更高的观赏价值，更为研究兰花特异性状形成的分子机制提供了理想材料。研究团队以墨兰野生型（WT）和合蕊柱变异体（GV）为研究材料，通过全基因组关联分析（GWAS）成功锁定了与合蕊柱发育紧密关联的关键基因CsSEP4，发现其启动子区域存在关键的SNP位点突变是导致蕊柱发育异常的重要诱因。在花型正常的野生型墨兰（WT）中，该位点为ACGTG序列；而在GV品种中，该序列突变为ATGTG或ACGTA。

图1 CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18调控调控墨兰合蕊柱发育的分子机制解析。（A）墨兰野生型（WT）与合蕊柱变异品系（GV1）的花器官形态、扫描电镜（SEM）观察、CsSEP4基因表达模式及亚细胞定位分析；（B）CsbZIP26对CsSEP4启动子的转录激活活性分析；（C）CsSEP4直接结合并增强CsSPL18启动子的转录活性。

     进一步通过分子实验证实，上游转录因子CsbZIP26可特异识别并结合CsSEP4启动子区域的ACGTG序列，从而激活CsSEP4基因在合蕊柱中的正常表达，维持合蕊柱的正常发育。然而，GV品种中该序列的突变会导致CsbZIP26无法有效结合，使得CsSEP4基因表达量显著下调，最终引发合蕊柱发育异常。同时，研究团队结合DAP-seq和RNA-seq分析，筛选到了CsSEP4的直接靶基因CsSPL18。功能研究显示，CsSEP4可直接结合CsSPL18启动子的CArG-box基序，正向激活其表达，进而调控蕊柱的正常发育。团队利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）、异源过表达在墨兰和拟南芥中验证该调控模块的功能，充分证明了该调控模块在花器官发育中的保守性和特异性。此外，研究还发现CsSEP4的表达异常会影响墨兰中ABCDE模型相关花同源基因的表达模式，进一步揭示了兰科植物花器官发育调控网络的复杂性。

  该研究不仅填补了国兰特化花器官调控机制的研究空白，阐明了自然发生的启动子序列变异，可通过改变转录因子结合能力影响花型形成的分子路径，为理解国兰的形态多样性和进化适应性提供了全新的视角。

图2. CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18模块调控墨兰合蕊柱发育的示意图

  研究工作得到广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515013187, 2024A1515011604）、国家重点研发计划（2023YFD2300904）、国家外国专家项目（G2023030036L）、广东省现代农业产业技术体系创新团队（2024CXTD12）等项目支持。