國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域首篇PNAS！祝賀，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)陳發(fā)棣教授團(tuán)隊(duì)！

一朵菊花，為何能變出平瓣、匙瓣、管瓣萬(wàn)千形態(tài)？

菊花是我國(guó)十大傳統(tǒng)名花，也是全球四大切花之一，其獨(dú)特的頭狀花序與豐富花型，是觀賞價(jià)值與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的核心。菊科植物花瓣合生形成花冠筒，是被子植物演化的關(guān)鍵形態(tài)創(chuàng)新，而舌狀花花冠筒的融合程度，直接決定花型分化，長(zhǎng)期以來(lái)，環(huán)狀原基如何發(fā)育成不同花冠筒、激素如何精準(zhǔn)調(diào)控花瓣不對(duì)稱生長(zhǎng)，一直是植物發(fā)育與演化領(lǐng)域懸而未決的科學(xué)難題。

北京時(shí)間2026年4月28日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院菊花遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)綜合性期刊《PNAS》在線發(fā)表突破性成果，題為An auxin-induced transcriptional cascade CmBES1-CmSAUR66 orchestrates the ray floret development in Chrysanthememum morifolium。該研究系統(tǒng)解析生長(zhǎng)素介導(dǎo)的分子調(diào)控通路，破解菊花舌狀花花冠筒發(fā)育機(jī)制，為合瓣花發(fā)育與激素信號(hào)協(xié)同調(diào)控提供了全新的分子認(rèn)知。

從“形態(tài)之謎”到“調(diào)控密碼”：菊花花冠筒為何難破解？

菊花頭狀花序由舌狀花與管狀花組成，舌狀花的花冠筒融合程度，是平瓣、匙瓣、管瓣等核心花型分化的決定因素，也是育種改良的關(guān)鍵靶點(diǎn)。但學(xué)界長(zhǎng)期面臨三大瓶頸：花冠筒由環(huán)狀原基發(fā)育而來(lái)，背腹不對(duì)稱生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)制不明；生長(zhǎng)素作為核心激素，如何精準(zhǔn)調(diào)控早期合瓣植物花冠筒融合的分子通路不清楚；合瓣花冠發(fā)育與生長(zhǎng)素信號(hào)的協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未建立，制約分子育種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)研究多聚焦形態(tài)觀察與少數(shù)基因篩選，難以系統(tǒng)解析多基因、激素信號(hào)協(xié)同調(diào)控的完整機(jī)制，無(wú)法支撐從“表型描述”到“分子設(shè)計(jì)”的跨越。

從“一條通路”到“完整模型”：團(tuán)隊(duì)如何破解調(diào)控難題？

為攻克這一難題，團(tuán)隊(duì)以200份代表性切花菊種質(zhì)為材料，構(gòu)建多組學(xué)聯(lián)合解析體系，實(shí)現(xiàn)從基因定位到功能驗(yàn)證、再到調(diào)控通路解析的完整閉環(huán)。研究通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析，精準(zhǔn)定位7個(gè)顯著連鎖SNP位點(diǎn)，篩選103個(gè)候選基因；結(jié)合平瓣、管瓣品種瓣型轉(zhuǎn)錄組對(duì)比，鎖定23號(hào)染色體上的CmSAUR66為核心調(diào)控基因。該基因在平瓣菊花中高表達(dá)，管瓣材料中顯著下調(diào)；同時(shí)關(guān)鍵遺傳變異位點(diǎn)與花冠筒融合性狀高度連鎖，直接調(diào)控舌狀花形態(tài)建成。沉默CmSAUR66顯著促進(jìn)花冠筒融合，驅(qū)動(dòng)舌狀花由平瓣向管瓣轉(zhuǎn)變；該基因通過(guò)調(diào)控背腹不對(duì)稱關(guān)鍵因子CmCYC2c的時(shí)空表達(dá)，抑制背瓣伸長(zhǎng)，決定花冠筒最終形態(tài)。

SAUR是典型早期生長(zhǎng)素響應(yīng)基因，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)獨(dú)特調(diào)控模式：生長(zhǎng)素可快速激活CmSAUR66轉(zhuǎn)錄；但在持續(xù)生長(zhǎng)素處理則顯著抑制其表達(dá)，正向促進(jìn)花冠筒融合。CmSAUR66沉默后，生長(zhǎng)素響應(yīng)特征顯著改變，證實(shí)其為銜接生長(zhǎng)素信號(hào)與舌狀花發(fā)育的核心樞紐。通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)與激素驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)首次完整解析舌狀花管瓣性狀建成的關(guān)鍵通路：持續(xù)激活的生長(zhǎng)素信號(hào)誘導(dǎo)CmBES1高表達(dá)，CmBES1直接靶向沉默CmSAUR66解除對(duì)CmCYC2c的抑制，從而使背腹瓣同步伸長(zhǎng)形成高度融合的管瓣舌狀花。

生長(zhǎng)素通過(guò)CmBES1-CmSAUR66模塊調(diào)控舌狀花發(fā)育的工作模型

科學(xué)意義與育種潛力

這項(xiàng)成果系統(tǒng)闡明了被子植物早期合瓣花花冠筒發(fā)育的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，完善了合瓣花發(fā)育的理論體系，豐富了菊科頭狀花序發(fā)育的生長(zhǎng)素調(diào)控模型。作為我國(guó)菊花領(lǐng)域首篇發(fā)表于PNAS的研究，成果將我國(guó)菊花發(fā)育生物學(xué)研究推向國(guó)際前沿，為植物花器官形態(tài)建成與演化研究提供了新視角。研究明確的關(guān)鍵基因與技術(shù)手段已申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利（公開階段），可為菊花花型分子育種、種質(zhì)創(chuàng)新提供理論依據(jù)與基因資源。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生賈棣文為論文第一作者，丁蓮副教授、陳發(fā)棣教授為共同通訊作者，陳素梅教授、蔣甲福教授、蘇江碩副教授等團(tuán)隊(duì)成員共同參與該項(xiàng)研究工作。

研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項(xiàng)目等資助。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2527961123