花是被子植物重要的繁殖器官，以花为基础的传粉者吸引机制是植物进化史上最具有适应意义的机制之一，使开花植物能够适应全球环境。为了吸引蜜蜂、蝴蝶或鸟类等传粉者，植物进化出了各种颜色的花，其中具有绿色花并不是一种自然界常见的适应性状，因为对于昆虫等传粉者的视觉系统，绿色花和绿叶的反射光谱难以区分，导致拥有绿色花的植物在自然界中十分罕见。然而，拥有绿色花的观赏植物却很受市场和消费者的欢迎。通过品种选育，已在菊花、月季、马蹄莲等为数不多的物种中获得了绿色花品种，然而，目前对于绿色花的花色呈色机制研究尚显不足。牡丹（Paeonia suffruticosa）花大色艳、雍容华贵，在漫长的栽培驯化和品种选育过程中，牡丹形成了白、红、紫、黑、蓝、黄、粉、绿和复色九大色系，其中绿色系品种具有独特的美感和珍稀性，开花过程中花瓣颜色由绿色转变为粉色或白色，是研究叶绿素和类黄酮代谢平衡关系模式系统的优良材料，具有较高的科研与商业价值。近年来，国内外围绕红、粉、紫、黄等色系牡丹花色调控展开了系统研究，但关于绿色系牡丹的研究未见报道。

　　近日，bat365中文官网登录入口郝青团队与中科院植物研究所舒庆艳团队在牡丹绿色花呈色机制研究方面取得新进展。相关研究成果“Chlorophyllase (PsCLH1) and light-harvesting chlorophyll a/b binding protein1 (PsLhcb1) and PsLhcb5 maintain petal greenness in Paeonia suffruticosa ‘Lv Mu Yin Yu’”在线发表于国际期刊Journal of Advanced Research（中科院1区，IF：11.4）上。

　　科研人员以绿牡丹代表品种“绿幕隐玉”为研究对象，发现其仅在花朵初开期呈现绿色，随着花朵开放，绿色褪去，转变为淡粉色。在S3时期，花瓣叶绿素含量达到最大值，总花青素含量还未升高，同时花瓣表皮细胞排列最为紧密(图2)。结合植物化学及形态学分析，对“绿幕隐玉”花瓣呈色3个关键时期（S1、S3、S5）的花瓣进行转录组分析，系统解析了“绿幕隐玉”花瓣呈色过程中叶绿素降解及花青素合成途径中关键酶基因表达水平的变化。最终筛选到了3个关键基因叶绿素酶PsCLH1，补光天线蛋白PsLhcb1和PsLhcb5。通过在烟草植株中的过表达和在“绿幕隐玉”花瓣中的沉默3个关键基因，发现PsCLH1降低了“绿幕隐玉”花瓣的叶绿素含量，促进了花瓣的褪绿；而PsLhcb1和PsLhcb5提高了花瓣的叶绿素含量，抑制了花瓣的褪绿。此外，研究还发现过表达PsLhcb1及PsLhcb5显著提升了烟草种子的产量（图3）。进一步，本研究结合已经发布的“凤丹”牡丹基因组数据（Yuan et al., Nat Commun, 2022;13:7328），对牡丹中Lhcs家族序列进行分析，并对PsCLH1，PsLhcb1及PsLhcb5共表达网络等进行分析,最终提出了一个调控“绿幕隐玉”花瓣中叶绿素和花青素代谢平衡的模型：S3时期为临界点，此时花青素生物合成途径基因（CHI、F3’H、DFR等）表达量最高，调控花青素的合成；同时叶绿素发生降解，其中PsCLH1和PsLhcs共同调控牡丹“绿幕隐玉”绿色花瓣的呈色（图4）。本研究从叶绿素及花青素代谢角度解析了绿牡丹花色呈色机制，丰富了被子植物花色形成机理的解析和应用，为牡丹花色及高产优质育种奠定理论基础。

　　图2 牡丹“绿幕隐玉”花瓣呈色变化及叶绿素、花青素积累规律
 

　图3 PsCLH1，PsLhcb1及PsLhcb5在烟草（a和c）及“绿幕隐玉”花瓣（b）中的功能

　　图4 基于叶绿素降解及花青素合成代谢途径的绿牡丹花色呈色模型

　　青岛农业大学为该成果的第一完成单位，郝青副教授和已毕业研究生李彤彤为该论文的共同第一作者，中科院植物研究所舒庆艳研究员和李旸助理研究员为该论文通讯作者。青岛农业大学硕士研究生鲁高杰、硕士研究生顾灿灿、已毕业研究生王硕、聊城大学李真博士和中科院植物研究所博士研究生孔凡也参与了该研究。本研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金项目的资助。