梅花（ Prunus mume ）是我國的傳統名花，具有豐富的文化內涵，深受人們的喜愛。“梅須遜雪三分白，雪卻輸梅一段香”，花色和花香是梅花重要的觀賞性狀。梅花花色以白色、粉色和深紅色為主，黃色花品種稀缺，目前收集到的梅花黃色花品種主要有從日本引入的“黃金鶴”和“淡黃金”。可見，梅花黃色花品種珍貴，且當前對梅花黃色花的花色形成機理和調控機制尚不清楚。
圖1. 梅花不同花色的品種資源
近日，園林學院張啟翔團隊在梅花黃色花形成的分子機制方面取得新進展，研究成果以“Integrative analysis of metabolome and transcriptome revealed lutein metabolism contributed to yellow flower formation in Prunus mume ”和“Phylogeny of PmCCD gene family and expression analysis of flower coloration and stress response in Prunus mume ”為題，在線發表于高水平學術期刊Plants-Basel（二區，IF="4.50）和International" Journal of Molecular Sciences（二區，IF="5.60）。
研究工作以黃色梅花品種“黃金鶴”為研究材料，以白色梅花品種早綠萼為對照，開展代謝組和轉錄組學聯合分析。研究結果明確了形成梅花“黃金鶴”黃色花的色素類型主要是類胡蘿卜素，而不是類黃酮，并構建了梅花黃色花瓣中類胡蘿卜素的動態合成和代謝網絡。
圖2. 梅花黃花品種“黃金鶴”和白花品種“早綠萼”及花色和色素相關性分析
研究發現，類胡蘿卜素中的葉黃素是形成梅花黃色花的主要呈色物質，類黃酮可能作為輔助色素參與梅花黃色花的形成。研究中鑒定了一個類胡蘿卜素裂解雙加氧酶基因 PmCCD4 ，該基因編碼的蛋白可將葉黃素裂解成無色的衍生物，從而影響梅花花瓣的呈色。在花朵開放的S1、S2和S3時期，黃花品種“黃金鶴”花瓣中 PmCCD4 的基因表達水平明顯低于白花品種早綠萼，導致“黃金鶴”在蕾期和初花期的花瓣中葉黃素積累增多，花瓣呈現明顯的黃色。研究還發現， PmCCD4 的基因表達水平在“黃金鶴”花朵開放的S4和S5時期升高，導致“黃金鶴”在花朵完全開放后花瓣顏色的黃色逐漸褪去。梅花PmCCD4降解葉黃素的生物學功能在模式植物煙草中得到驗證。
圖3. 梅花花色素類胡蘿卜素合成代謝網絡及梅花 PmCCD4 基因功能驗證
此外，運用String數據庫構建了梅花PmCCD蛋白的互作網絡，并通過酵母單雜交和雙熒光素酶試驗證明了PmCCD4能夠與PmVAR3、PmSAT3和PmSAT5蛋白相互作用，表明PmCCD4可能通過與這些蛋白互作的方式發揮生理功能。
圖4. 梅花PmCCD4與PmVAR3、PmSAT3和PmSAT5蛋白互作
以上兩篇論文的第一作者均為我校園林學院博士生丁愛琴，通訊作者為張啟翔教授和包菲副教授。以上研究工作得到了國家自然科學基金項目（32271910和31800596）的資助。
