中国传统特色兰花（即国兰）历史悠久，近年来，广东省农科院环境园艺所国兰研究组对国兰进行深入研究，突破关键技术，延长产业链，大力推进国兰高质量发展。

近日，广东省农科院环艺所针对国兰重要性状调控机理及其育种应用取得系列突破性进展。广东省农科院环艺所在国际著名期刊《Plant Biotechnology Journal》 （Q1/IF：9.803）上发表了题为“The genome of Cymbidium sinense revealed the evolution of orchid traits”的最新研究成果。该研究所杨凤玺研究员为第一作者，高洁、魏永路助理研究员为共同第一作者，环艺所朱根发研究员、福建农林大学刘仲健教授以及台湾成功大学蔡文杰教授为通讯作者。

研究组围绕中国传统特色兰花（国兰）产业链发展关键技术，开展国兰种质资源收集、保存与创新利用；重要性状调控机理与分子育种技术研发；种苗繁育、栽培管理以及花期调控技术攻关。

墨兰植物形态特征与基因组结构

据了解该研究采用Nanopore 长片段测序结合 Illumina HiSeq 4000二代测序数据校正以及Hic建库测序染色体挂载等技术对墨兰基因组进行测序分析，首次获得了我国传统国兰的基因组，也是迄今为止发表的兰科植物属种中最大的基因组。组装的参考基因组大小为3.52 Gb，染色体挂载率97.79%，注释获得29,638个蛋白质编码基因。这是第一个报道的我国传统国兰的基因组，也是迄今发表的兰科植物属种基因组中最大的基因组。

据悉，国兰是兰科（Orchidaceae）兰属（Cymbidium）地生型小花种植物的统称，在中国有几千年的栽培历史，享有“王者之香”“百草之长”的美誉。原产广东的墨兰（Cymbidium sinense）又称报岁兰，是国兰中最早实现规模化生产， 也是目前产业化程度最高的国兰种类，备受我国和受我国文化影响的亚洲国家人们的喜爱。南宋末期越时庚《金漳兰谱》中描述墨兰：“色深紫，有十五萼，干紫英红，---，色映人目，如翔鸾翥凤，千态万状；叶则高大刚毅劲节，苍然可爱。”因其丰富的瓣型、叶色以及香气特征使得其成为研究兰科植物进化的理想材料。

同时，该研究组利用高质量的墨兰基因组序列，进行了系统的比较基因组学研究，着重阐述了墨兰花型、花期、花色、叶色和花香等5个重要观赏性状的分子调控和进化机制。

1.花型的调控主要由MADS基因的扩张和亚功能分化决定，新发现P-code基因的显著扩张，新发现4个SEP基因中CsSEP4对墨兰合蕊柱发育的重要作用，并在拟南芥中证实对心皮发育的促进作用。

2.兰属低温依赖的开花调控，发现它没有进化出多年生木本调控低温开花的DAM基因，而由SVP起主要作用。SVP有更广泛的蛋白结合活性，可与AP1和SOC1互作，响应低温，调控开花，且识别位点与十字花科中的保守位点不同。

3.叶色的频繁变异主要原因可能是由于糖代谢途径中CH1亚族基因的严重收缩，造成糖代谢受阻，类囊体垛叠淀粉粒结构破碎，叶绿体解体造成叶色变异；

4.墨兰的花色成分包括矢车菊素和飞燕草素，与蝴蝶兰中没有飞燕草素差异显著。造成成分差异的主要原因是F3’5’H基因在不同兰花中的表达差异，蝴蝶兰中F3’5’H不表达，但该基因蛋白序列在兰科植物中高度保守，底物识别位点完全一致，差异在于启动子上MYB结合位点不同。墨兰中存在更多的花色苷调控相关MYB基因，推测是导致墨兰花色素积累，开紫黑色花的主要原因。

5.墨兰的特殊花香物质主要是倍半萜类，发现TPS合酶中b亚族显著扩张且基因表达模式与释香规律关联紧密，找出特殊香气物质合成的关键TPS基因。

在深入解析重要观赏性状分子调控机理和挖掘重要功能基因在基础上，研究组开发了一种简单有效的兰花原生质体分离和瞬时表达系统。通过选择合适的原材料（包括花梗、幼叶、叶基组织和幼根尖）并优化酶促条件，从花梗、幼叶、嫩叶基部和幼根尖等不同组织中获得了足够的组织和器官特异性原生质体，产量达2.50 X10⁷/g FW，该方案也可适用于从其它兰科植物蝴蝶兰、兜兰、石斛和芦苇兰以及重要的单子叶作物（如玉米和水稻）中高效分离原生质体。

在此基础上，研究组建立了PEG介导的高效的原生质体瞬时表达系统（PTE），转化效率达80%以上，用于研究国兰蛋白质亚细胞定位、环境刺激和激素反应的细胞信号转导、 高效的基因瞬时过表达和沉默以及下游基因的表达调控等。这是首次在国兰中实现原生质体的分离，并建立功能研究体系，不论是原生质体得率还是转化效率，均超越绝大多数非模式物种，将为国兰功能基因的育种应用和性状定向改良奠定良好基础。

国兰原生质体分离系统

 “十三五”以来，该研究所国兰研究团队深入围绕国兰育种应用基础研究的关键问题，在国兰核心种质资源库建立、重要性状功能基因挖掘、分子标记开发和新品种选育、种苗繁育、花期精准调控等方面，承担了包括国家自然科学基金、国家重点研发专项子课题、广东省现代种业重点研发专项等在内20余个项目。

目前，该研究所已收集保存国兰资源600多份，进行活体、离体和无性快繁；审定国兰、杂交兰品种10个，选育优选株系上百个；发表JCR二区或IF3 以上的SCI论文10篇；获国家授权发明专利5项， 软件著作权13项，显著提升广东省兰花学科在国内以及国际上的学术影响力。

国兰研究组

【记者】温志勇

【实习生】傅杨清

【通讯员】杨凤玺

【来源】南方农村报   南方+花木宝典