在国家自然科学基金等项目资助下，华南农业大学园艺学院花卉研究团队取得一系列研究成果，成功揭示了矮牵牛花色调控新机制。相关成果近日分别在线发表于《新植物学家》（New Phytologist）和《园艺研究》（Horticulture Research）。记者获悉，华南农业大学园艺学院教授余义勋、副教授刘娟旭和钟诗蔚为两篇论文共同通讯作者。

花色是观赏植物的重要性状，植物细胞液泡pH决定花色苷吸收光谱并影响花色。人们已经知道，细胞液泡膜上的质子泵蛋白 P-ATP酶和 V-ATP酶像“水泵”一样，能把H+泵进液泡，使其保持酸性，如矮牵牛中的PhPH1和PhPH5，它们失活会导致液泡碱化，花色变深变蓝。除了这些已知的质子泵蛋白，是否还有其他蛋白质也参与调节液泡的酸碱度呢？

矮牵牛线粒体F-ATP酶复合体失活会降低P-ATP酶转运H⁺到液泡的能力。研究团队供图，下同

研究团队利用基因沉默技术，从矮牵牛基因组中156个功能未知基因中筛出了一个基因PhDC（DEEPENING COLOR），该基因沉默的花瓣颜色明显变深。PhDC定位于线粒体中，进一步研究表明PhDC是能量工厂线粒体ATP合成酶复合体 F-ATP的一个新亚基。PhDC沉默导致的颜色变深的花瓣，其花色苷的总量和种类并没有明显变化，而其液泡pH值显著升高了，这是花色变深的直接原因。PhDC缺失导致F-ATP酶合成ATP效率下降。负责给液泡泵入氢离子、维持酸性的 P-ATP酶（如PhPH1和PhPH5）活性降低，因为给这个“水泵”供能的正是ATP。

该研究揭示了细胞能量代谢与色素表型之间的一条联系通路。它显示生命的各个过程是高度互联的，“能量工厂”线粒体的一个微小变动，竟能体现在花色的性状上。研究结果对观赏植物花色育种有潜在应用价值，也极大地增进了人们对植物细胞内部协同工作的基础认知。

另外，花色苷合成依赖于上游的莽草酸途径。莽草酸途径需要两种关键前体物质：磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和赤藓糖-4-磷酸（E4P）。E4P在植物中主要由转醛醇酶（Transaldolase，TA）和转酮醇酶（Transketolase，TK）催化合成，然而花色形成过程中所必需的E4P的具体来源方式目前还尚不清晰。研究团队发现沉默矮牵牛PhTA的两个成员并未引起植株表型变化，而共同沉默PhTK1与PhTK2则导致花朵颜色显著变浅、叶片黄化。

RNAi介导的PhTK1-TK2沉默引起的矮牵牛植株表型变化。

进一步分析表明，PhTK1与PhTK2共同沉默植株中E4P含量显著下降，伴随花色苷、叶绿素、类黄酮及三种芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）的含量均明显降低。代谢组学分析显示，共同沉默PhTK1与PhTK2改变了花瓣中类黄酮代谢物的组成。该结果显示花色形成过程中E4P来源于TK催化的果糖-6-磷酸。

该研究揭示了花色形成过程中莽草酸途径的关键前体物质E4P的来源方式，为观赏植物花色改良和花色素代谢工程提供了重要理论依据。

相关论文信息：http://doi.org/10.1111/nph.70676

https://doi.org/10.1093/hr/uhaf285