PNAS |南京农大团队揭示菊花舌状花发育核心调控机制

合瓣花（花瓣合生）是被子植物进化中多次出现的关键形态创新，其形成分为两种发育途径：晚期合瓣（花瓣原基初始分离，后期合生）与早期合瓣（直接由环状合生原基发育）。目前，早期合瓣类群中花冠筒形成的遗传基础仍不明确。菊花作为典型早期合瓣植物，其舌状花花冠筒的形成特异性依赖背瓣伸长。

2026年4月27日，南京农业大学陈发棣教授团队在国际学术期刊PNAS上发表了题为“An auxin-induced transcriptional cascade CmBES1-CmSAUR66 orchestrates the ray floret development in Chrysanthemum morifolium”的研究论文。该研究揭示了生长素介导的CmBES1-CmSAUR66转录级联调控菊花舌状花花冠筒形成的关键机制，解析了被子植物早期合瓣花花冠筒发育的分子调控通路，为深入理解合瓣花冠建成与生长素信号的调控机制提供了新见解。

材料方法

GWAS：200份菊花种质，GBS测序；

过表达验证：通过农杆菌介导的叶盘法，构建amiR-CmSAUR66沉默株系与CmBES1过表达株系；

基因表达分析：RT-qPCR与RNA原位杂交；

蛋白-DNA 互作：酵母单杂交、EMSA、ChIP-qPCR、双荧光素酶报告实验。

主要研究结果

1. CmSAUR66与菊花舌状花类型相关

本研究对200份切花菊种质的舌状花类型进行评估，发现花冠筒融合度呈连续变异。GWAS分析共鉴定到7个控制舌状花类型的QTN，在每个QTN的200 kb侧翼区间内共筛选到103个候选基因。结合6份不同瓣型菊花（3平瓣、3管瓣）的转录组数据，进一步筛选出8个差异表达基因，其中23号染色体上的生长素响应基因evm.TU.scaffold_1113.140位于最显著SNP（Chr23_209783790）侧翼，成为核心候选。

基因型分析显示，该位点A/C多态性与花冠筒融合度显著相关，管瓣种质更倾向携带A/C杂合基因型。RT-qPCR验证表明，该基因在平瓣舌状花中的表达量显著高于管瓣，提示其负调控菊花花冠筒融合，决定舌状花类型。

序列比对显示，该基因编码典型SAUR蛋白，含SAUR保守结构域；进化树分析表明其与拟南芥AtSAUR66同源性最高，故命名为CmSAUR66。菊花叶肉原生质体瞬时表达实验显示，CmSAUR66定位于细胞质膜，与多数拟南芥SAUR蛋白的亚细胞定位一致。

图1 evm.TU.scaffold_1113.140为菊花舌状花形态的候选调控因子

2. CmSAUR66通过抑制背瓣发育调控花冠筒融合

为解析CmSAUR66的功能，构建amiR-CmSAUR66沉默载体并转化。与野生型（WT）相比，沉默株系舌状花瓣中CmSAUR66表达量下调49.3%~69.1%，花冠筒融合度显著提升，外层轮舌状花的融合增强最为明显，且融合度仍保持由外至内递减的梯度特征。

沉默CmSAUR66还会抑制头状花序直径与舌状花大小，细胞学观察显示，决定舌状花长度的腹瓣细胞数量与平均长度均显著减少。对4 mm、6 mm直径的早期花序进行体视镜与扫描电镜观察发现：野生型4 mm花序的舌状花背瓣原基停止伸长，仅腹瓣原基正常发育；而amiR-5株系的背瓣原基持续发育，与腹瓣同步伸长，最终导致花冠筒融合度升高。

图2 CmSAUR66负调控菊花的花冠筒融合

3. CmSAUR66通过调控CmCYC2c的背腹不对称分布调控花冠筒发育

RNA原位杂交显示，CmSAUR66在花发育Ⅲ期均匀分布于背、腹瓣原基及雄蕊原基；Ⅳ~Ⅴ期腹瓣显著伸长、雌蕊起始后，CmSAUR66在雌蕊中表达增强，仍均匀分布于背、腹瓣，无明显表达差异。结合CmSAUR66沉默促进背瓣伸长、抑制腹瓣生长的表型，推测其通过在背、腹瓣中结合不同互作蛋白实现功能分化。

CYC2类TCP基因是菊科花冠形态建成的核心调控因子，异位表达可诱导管瓣花形成。RT-qPCR结果显示，CmSAUR66沉默显著上调CmCYC2c表达。原位杂交进一步验证：野生型中CmCYC2c在Ⅳ~Ⅴ期背瓣表达减弱、腹瓣持续表达，对应背腹瓣不对称形态；而amiR-5株系中，CmCYC2c在Ⅳ~Ⅴ 期背、腹瓣中持续表达，这种异位表达促使背、腹瓣同步伸长，最终形成管瓣花冠筒。

图3 CmSAUR66 通过CmCYC2c 调控花器官背腹不对称性

为明确遗传互作关系，在amiR-CmSAUR66转基因株系中瞬时沉默CmCYC2c，结果显示花冠筒融合度显著降低，CTMD值从0.72 降至0.45，证实CmSAUR66通过CmCYC2c部分调控舌状花花冠筒发育。

4. CmSAUR66调控生长素介导的花冠筒发育

SAUR基因为早期生长素响应基因，CmSAUR66启动子含经典生长素响应元件。对2 mm直径的菊花花序进行10 μM生长素（IAA）处理，发现CmSAUR66在处理2分钟后快速诱导表达，30分钟达到峰值，符合典型SAUR基因的生长素快速响应特征。

外源生长素处理实验显示，10 μM IAA持续处理可显著促进花冠筒融合，CTMD值从0.17 升至0.75；20 μM IAA处理效果减弱，同时诱导中心管状花向舌状花转化。生长素处理后，CmSAUR66表达显著被抑制，与其负调控花冠筒融合的功能一致。

对amiR-5株系进行10 μM IAA处理，发现沉默株系的花冠筒融合度无显著变化，生长素诱导的CTMD提升效应被大幅削弱，证实敲降CmSAUR66降低了植株对生长素的敏感性，CmSAUR66是生长素调控花冠筒发育的核心因子。

图4 敲除CmSAUR66会降低植株对生长素的敏感性

5.生长素诱导的CmBES1直接抑制CmSAUR66表达

CmSAUR66对瞬时与持续生长素处理的相反表达模式，提示持续生长素信号下存在其他调控因子。通过酵母单杂交（Y1H）文库筛选，从8 个候选上游转录因子中鉴定到CmBES1（已知正调控舌状花花冠筒发育）。Y1H、染色质免疫共沉淀（ChIP）、凝胶迁移实验（EMSA）共同证实：CmBES1可直接结合CmSAUR66启动子的E-box 元件（CATGTG）。

双荧光素酶报告实验与RT-qPCR 显示，CmBES1过表达显著抑制CmSAUR66的转录；持续生长素处理可显著上调CmBES1表达，表明生长素通过诱导CmBES1，直接抑制CmSAUR66表达。

图5 CmBES1通过直接结合启动子，在转录水平上抑制CmSAUR66

6. CmSAUR66在CmBES1调控花冠筒形成中呈上位效应

为解析CmBES1与CmSAUR66的遗传互作，在CmBES1过表达株系中瞬时过表达CmSAUR66，结果显示花冠筒融合表型被显著回补，CTMD 值从0.91 降至0.43，证实CmBES1部分依赖CmSAUR66调控花冠筒发育，CmSAUR66对CmBES1呈上位效应。

图6 在调控花冠筒融合的通路中，CmSAUR66位于CmBES1的下游发挥作用

小结

菊花作为重要经济作物，兼具观赏、药用、食用价值，基因组已解析、种质资源丰富，且花冠筒融合性状呈连续变异，是通过正向遗传学解析合瓣发育的理想材料。本研究以200份菊花自然种质为材料，通过GWAS与转录组联合分析，鉴定到调控舌状花花冠筒融合的关键基因CmSAUR66，并通过遗传转化、时空表达分析、外源生长素处理与生化实验，阐明了CmBES1–CmSAUR66模块通过调控CmCYC2c的背腹不对称分布，介导生长素调控早期合瓣花冠筒形成的分子机制。

参考文献

Jia D, Zhang Y, Su J, et al. An auxin-induced transcriptional cascade CmBES1-CmSAUR66 orchestrates the ray floret development in Chrysanthemum morifolium. Proc Natl Acad Sci U S A. 2026 May 5;123(18):e2527961123.