近日，園林學院研科研團隊在《BMC Genomics》 (二區，IF=4.547)上發表題為“Transcriptome sequencing and gene expression analysis revealed early ovule abortion of Paeonia ludlowii”論文。文章首次系統地研究了大花黃牡丹胚珠的敗育機制，對該物種分子育種和遺傳改良提供前期理論參考，對其保護、高效培育和育種研究具有重要意義。
大花黃牡丹（Paeonia ludlowii (Stern & G. Taylor) D.Y. Hong）屬芍藥科芍藥屬牡丹組，是我國特有的國家重點保護植物。其株形高大，花黃色（圖1），觀賞、育種、藥用和經濟價值高。大花黃牡丹在野外僅依靠種子繁殖，種子敗育是制約其野生種群擴大制約因素之一（圖2），但迄今對其敗育機制知之甚少。論文在形態學觀察基礎上，采用高通量測序技術進行轉錄組測序，挖掘與胚珠/種子發育及敗育相關基因。
圖1：大花黃牡丹（西藏，野生居群）
圖2：大花黃牡丹不同時期的種子形態
大花黃牡丹自然授粉15天后，外部形態差異顯著的種子其超微結構也存在明顯差異。正常胚珠中胚乳游離核結構完整，可清晰分辨出核仁、染色質結構，游離核周圍分布大量細胞質，細胞壁外有大量分泌物，多數線粒體沿細胞壁分布；而在同期的敗育胚珠中，胚乳游離核及細胞質均已退化，僅殘存一些痕跡，質膜皺縮，細胞壁較正常胚珠薄，染色更深，細胞壁外幾乎觀察不到分泌物，部分細胞核內染色質趨于邊緣化，表現出程序性死亡（PCD）的特征，推測大花黃牡丹胚珠提前啟動了PCD，而過早的PCD可能是導致其早期胚珠敗育的原因之一（圖3）。
圖3：自然授粉15天后正常胚珠和敗育胚珠結構
前期觀察發現花后9天時敗育種子胚囊的內部就已出現細胞退化，結合超微結構觀察，選擇了花后9、10、11、12、13、15和17天的胚珠樣品進行轉錄組測序，分別命名為Pl_1（花后9 d的混合樣品）、Pl_2（花后10 d的混合樣品）、Pl_3（花后11 d的混合樣品）、Pl_4（花后12 d的混合樣品）、Pl_5N（花后13 d的正常胚珠）、Pl_5A（花后13 d的敗育胚珠）、Pl_6N（花后15 d的正常胚珠）、Pl_6A（花后15 d的敗育胚珠）、Pl_7N（花后17 d的正常胚珠）和Pl_7A（花后17 d的敗育胚珠）。
轉錄組測序共鑒定到114350條Unigenes，22703條DEGs。比較了不同途徑中不同階段DEGs的表達量變化，包括碳水化合物代謝、植物激素信號轉導、PCD、胚珠發育和胚珠敗育等途徑，篩選得到15個胚珠/種子發育及敗育相關調控基因。
北京林業大學為第一完成單位，陳庭巧博士（現為貴州師范大學地理與環境科學學院教師）為論文第一作者，園林學院博士研究生孫悅為共同第一作者，園林學院袁濤教授為論文通訊作者。研究得到國家林業和草原局行業標準項目“牡丹綜合體”（2018-LY-054）和北京林業大學特色產業發展指導基金（2019XKJS0324）的支持。
