CGM第494期：棉属花冠颜色多样化的遗传基础解析

棉花包括二倍体和异源四倍体种，其花瓣颜色的多样性为研究同源基因分化和进化提供了宝贵的资源。虽然棉花花瓣颜色极具多样性，但是棉花花色形成和演化的机制并不清楚。本研究系统分析了棉属不同棉种的花瓣颜色，发现花瓣颜色与棉花的地理分布密切相关，花色可能是由最初的红色逐渐演变成其他颜色。通过遗传分析和精细定位，挖掘到控制红色花瓣形成的主效基因GhRPRS1，该基因来源于野生二倍体比克氏棉的渐渗，同时调控花冠和花基斑颜色。通过基因编辑突变体证实GhRPRS1参与花青素的转运，通过调控液泡中花青素的积累量来控制花瓣颜色。尽管GhRPRS1的编码序列在棉属中存在多样性，但过量表达GhRPRS1在不同棉种的同源基因，表明GhRPRS1在花色形成中具有功能保守性，暗示启动子变异造成花色表型的变化。通过表达量分析、启动子活性分析及花青素转运等一系列实验证实GhRPRS1启动子上的顺式作用元件缺失导致GhRPRS1转录活性降低，致使由细胞质向液泡转运花青素的载体减少，花瓣颜色由红色变为黄色或白色。该研究对于理解植物花色形成演化及同源基因功能分化具有重要意义。