近日，環藝所蘭花團隊在國際知名期刊Horticulture Research（中科院農林科學一區top，If=8.5）在線發表了題為“A novel CsbZIP26–CsSEP4–CsSPL18 regulatory module governs gynostemium morphology and floral architecture in Cymbidium sinense”的研究成果。環藝所林增裕博士與陸楚橋助理研究員為論文共同第一作者，楊鳳璽研究員為論文通訊作者。本研究在墨蘭花器官發育調控中取得重要發現，揭示了CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18分子模塊精準調控國蘭（Cymbidium sinense）合蕊柱形態建成的分子機製。

　　在漫長的自然演化和人工選育過程中，國蘭演化出諸多花型奇特的品種，其中合蕊柱變異（Gynostemium Variant, GV）品種尤為亮眼。這類品種的合蕊柱發育異常、形態豐富多樣，不僅具備更高的觀賞價值，更為研究蘭花特異性狀形成的分子機製提供了理想材料。研究團隊以墨蘭野生型（WT）和合蕊柱變異體（GV）為研究材料，通過全基因組關聯分析（GWAS）成功鎖定了與合蕊柱發育緊密關聯的關鍵基因CsSEP4，發現其啟動子區域存在關鍵的SNP位點突變是導致蕊柱發育異常的重要誘因。在花型正常的野生型墨蘭（WT）中，該位點為ACGTG序列；而在GV品種中，該序列突變為ATGTG或ACGTA。

圖1.CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18調控調控墨蘭合蕊柱發育的分子機製解析。（A）墨蘭野生型（WT）與合蕊柱變異品係（GV1）的花器官形態、掃描電鏡（SEM）觀察、CsSEP4基因表達模式及亞細胞定位分析；（B）CsbZIP26對CsSEP4啟動子的轉錄激活活性分析；（C）CsSEP4直接結合並增強CsSPL18啟動子的轉錄活性。

　　進一步通過分子實驗證實，上遊轉錄因子CsbZIP26可特異識別並結合CsSEP4啟動子區域的ACGTG序列，從而激活CsSEP4基因在合蕊柱中的正常表達，維持合蕊柱的正常發育。然而，GV品種中該序列的突變會導致CsbZIP26無法有效結合，使得CsSEP4基因表達量顯著下調，最終引發合蕊柱發育異常。同時，研究團隊結合DAP-seq和RNA-seq分析，篩選到了CsSEP4的直接靶基因CsSPL18。功能研究顯示，CsSEP4可直接結合CsSPL18啟動子的CArG-box 基序，正向激活其表達，進而調控蕊柱的正常發育。團隊利用病毒誘導的基因沉默（VIGS）、異源過表達在墨蘭和擬南芥中驗證該調控模塊的功能，充分證明了該調控模塊在花器官發育中的保守性和特異性。此外，研究還發現 CsSEP4 的表達異常會影響墨蘭中 ABCDE 模型相關花同源基因的表達模式，進一步揭示了蘭科植物花器官發育調控網絡的複雜性。

　　該研究不僅填補了國蘭特化花器官調控機製的研究空白，闡明了自然發生的啟動子序列變異，可通過改變轉錄因子結合能力影響花型形成的分子路徑，為理解國蘭的形態多樣性和進化適應性提供了全新的視角。

　　研究工作得到廣東省基礎與應用基礎研究基金（2024A1515013187, 2024A1515011604）、國家重點研發計劃（2023YFD2300904）、國家外國專家項目（G2023030036L）、廣東省現代農業產業技術體係創新團隊（2024CXTD12）等項目支持。

圖2. CsbZIP26-CsSEP4-CsSPL18模塊調控墨蘭合蕊柱發育的示意圖