花器官作为有花植物的重要繁殖系统，是物种形成与多样化的关键。在人类对植物驯化栽培和育种过程中，花器官数量决定其产量、品质及育种成败。牡丹（Paeonia suffruticosa）属于芍药科芍药属植物，其花形态多样。出于对重瓣花的偏爱，人们在漫长的驯化栽培和选择过程中对花瓣数目进行了持续选择，导致牡丹花瓣、雄蕊和心皮数量表现出丰富的变异，但其遗传调控网络仍是未解之谜。 中国科学院植物研究所芍药科多样性与种质创新研究团队针对牡丹栽培品种群体表型丰富的变异，基于全基因组关联研究（GWAS）和表达数量性状位点（eQTL），重点解析了花器官数量多态性和遗传变异机制。科研人员以牡丹栽培品种群体为范式，在对271个广泛栽培的牡丹品种的24个表型性状进行调查基础上，筛选出花瓣数、雄蕊数和心皮数变异丰富的119个代表品种进行转录组测序，检测到52,280个基因，鉴定出407,561个高置信度SNPs。研究采用关联分析（GWAS）和表达性状数量性状位点（eQTL）分析，揭示了花器官数量相关基因的等位变异。在此基础上，研究采用加权基因共表达网络分析（WGCNA），鉴定出3,066、721和96个顺式作用eQTL位点（cis-eQTLs）分别调控356、122和15个基因参与花瓣、雄蕊和心皮数量遗传调控网络。研究通过计算模块特征基因连通性值，鉴定出19个hub基因并构建了共表达网络（其中11个基因受GWAS相关cis-eQTLs调控）。进一步分析发现AP3、AGL6和SEP3/AGL9的cis-eQTLs会导致花瓣数目显著差异；SEP2/AGL4、SEP3/AGL9和PI-1的cis-eQTLs会导致雄蕊数目显著差异；SEP2/AGL4和SEP3/AGL9的cis-eQTLs会导致心皮数目显著差异。研究团队通过不同发育时期花芽的转录组对上述结果进行了验证，提出了牡丹花器官数量变异调控网络模型。该研究为解析牡丹驯化过程中花器官数量变异的遗传基础和产量调控提供了思路，并为牡丹高产优质育种奠定了理论基础。 7月17日，相关研究成果在线发表在《园艺研究》（Horticulture Research）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。 论文链接基于119个品种的花器官数目聚类、候选基因表达模式及cis-eQTL引起的表型变异牡丹花器官数目变异调控网络模型