香莢蘭（Vanilla planifolia Andrews）是蘭科多年生熱帶藤本植物，原產(chǎn)美洲熱帶雨林，享有“天然食品香料之王”美譽(yù)，廣泛應(yīng)用于食品和化妝品領(lǐng)域。其全球年消費(fèi)量超2000噸，且需求仍逐年遞增。然而，香莢蘭獨(dú)特的蕊喙結(jié)構(gòu)成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。蕊喙是蘭科植物蕊柱前舌狀突起，由柱頭不結(jié)實(shí)裂片發(fā)育而成。它雖能避免自花授粉，卻阻礙了風(fēng)媒和蟲媒傳粉。離開原產(chǎn)地后，香莢蘭難以自然傳粉，在我國引種后，只能依賴人工授粉，因成本高和環(huán)境制約，導(dǎo)致授粉率低，不僅使得果莢價(jià)格上漲，還使其種植面積和產(chǎn)量持續(xù)下滑。
MADS-box蛋白在被子植物花器官的形成和發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用，是ABCDE花發(fā)育模型中起主要作用的轉(zhuǎn)錄因子。由于香莢蘭蕊喙是花器官的變態(tài)發(fā)育結(jié)構(gòu)，其形成過程很可能與MADS-box有關(guān)。因此，研究MADS-box 基因在香莢蘭蕊喙形成過程中的表達(dá)特征，篩選關(guān)鍵基因，有助于揭示蕊喙形成機(jī)理，為改善香莢蘭自然授粉過程提供了新策略。
2025年7月，Beverage Plant Research 在線發(fā)表了中國熱科院香飲所資源育種團(tuán)隊(duì)題為Genome-wide identification of the MIKCC-type genes in Vanilla planifoliaand expression studies in the development of the rostellum 的研究論文。
本研究選取了香莢蘭花發(fā)育的四個(gè)關(guān)鍵時(shí)期（圖1），并通過創(chuàng)新性去除或保留的采樣方法，分析了香莢蘭中蕊喙中的差異表達(dá)基因。通過全基因組篩選，共鑒定出47個(gè)VpMADS 基因，其中22個(gè)成員被歸類到MIKCC亞組。基于基因組數(shù)據(jù)，分析了上述基因的位置、結(jié)構(gòu)和保守基序。所有MIKCC型基因被分為10個(gè)系統(tǒng)發(fā)育簇。基因復(fù)制分析表明，片段復(fù)制是香莢蘭中MADS-box 基因擴(kuò)增的主要驅(qū)動(dòng)力。通過RNA測序鑒定差異表達(dá)基因，并開展加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）。WGCNA模塊分析表明，VpMADS11 和VpMADS12 這兩個(gè)基因可能在香莢蘭合蕊柱的形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。它們不僅在蕊喙或合蕊柱中表現(xiàn)出顯著高表達(dá)，而且其所在的模塊與蕊喙或合蕊柱發(fā)育存在高度正相關(guān)性。實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了VpMADS 基因在花發(fā)育過程中的表達(dá)模式（圖2）。
總體而言，VpMADS 基因很可能在香莢蘭花器官發(fā)育，特別是在合蕊柱和蕊喙的形成中發(fā)揮關(guān)鍵且不可或缺的作用。本研究為了解香莢蘭中的MADS-box 基因家族提供了基礎(chǔ)見解，為該植物合蕊柱和蕊喙發(fā)育機(jī)制的研究提供了重要參考。


圖1 香莢蘭花的不同時(shí)期與結(jié)構(gòu)


圖2 香莢蘭MADS 基因家族生物信息學(xué)分析及表達(dá)量分析

中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所蘇凡助理研究員和閆林研究員為共同第一作者，李靖為通訊作者。本研究得到了海南省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（321QN326）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.48130/bpr-0025-0026PDF下載：bpr-0025-0026.pdf

關(guān)于Beverage Plant Research
Beverage Plant Research 是一本開放獲取的期刊，致力于傳播飲料作物領(lǐng)域研究進(jìn)展，專注于發(fā)表本領(lǐng)域原創(chuàng)研究文章、綜述、評論和觀點(diǎn)。主題范圍包括但不限于飲料植物生物學(xué)、品質(zhì)與化學(xué)分析、飲料植物與人類健康等。本刊由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、中國茶葉學(xué)會(huì)與Maximum Academic Press聯(lián)合出版，期刊主編由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所陳宗懋院士與美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局張大鵬教授共同擔(dān)任。目前期刊已被Scopus、CABI等國際知名大型數(shù)據(jù)庫收錄。
期刊官網(wǎng)：www.maxapress.com/bpr投稿鏈接：mc03.manuscriptcentral.com/bevpr

來源: 中國茶葉學(xué)會(huì)

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