梅花（ Prunus mume ）是我国的传统名花，具有丰富的文化内涵，深受人们的喜爱。“梅须逊雪三分白，雪却输梅一段香”，花色和花香是梅花重要的观赏性状。梅花花色以白色、粉色和深红色为主，黄色花品种稀缺，目前收集到的梅花黄色花品种主要有从日本引入的“黄金鹤”和“淡黄金”。可见，梅花黄色花品种珍贵，且当前对梅花黄色花的花色形成机理和调控机制尚不清楚。

图1. 梅花不同花色的品种资源

近日，园林学院张启翔团队在梅花黄色花形成的分子机制方面取得新进展，研究成果以“Integrative analysis of metabolome and transcriptome revealed lutein metabolism contributed to yellow flower formation in Prunus mume ”和“Phylogeny of  PmCCD  gene family and expression analysis of flower coloration and stress response in  Prunus mume ”为题，在线发表于高水平学术期刊Plants-Basel（二区，IF="4.50）和International" Journal of Molecular Sciences（二区，IF="5.60）。

研究工作以黄色梅花品种“黄金鹤”为研究材料，以白色梅花品种早绿萼为对照，开展代谢组和转录组学联合分析。研究结果明确了形成梅花“黄金鹤”黄色花的色素类型主要是类胡萝卜素，而不是类黄酮，并构建了梅花黄色花瓣中类胡萝卜素的动态合成和代谢网络。

图2. 梅花黄花品种“黄金鹤”和白花品种“早绿萼”及花色和色素相关性分析

研究发现，类胡萝卜素中的叶黄素是形成梅花黄色花的主要呈色物质，类黄酮可能作为辅助色素参与梅花黄色花的形成。研究中鉴定了一个类胡萝卜素裂解双加氧酶基因 PmCCD4 ，该基因编码的蛋白可将叶黄素裂解成无色的衍生物，从而影响梅花花瓣的呈色。在花朵开放的S1、S2和S3时期，黄花品种“黄金鹤”花瓣中 PmCCD4 的基因表达水平明显低于白花品种早绿萼，导致“黄金鹤”在蕾期和初花期的花瓣中叶黄素积累增多，花瓣呈现明显的黄色。研究还发现， PmCCD4 的基因表达水平在“黄金鹤”花朵开放的S4和S5时期升高，导致“黄金鹤”在花朵完全开放后花瓣颜色的黄色逐渐褪去。梅花PmCCD4降解叶黄素的生物学功能在模式植物烟草中得到验证。

图3. 梅花花色素类胡萝卜素合成代谢网络及梅花 PmCCD4 基因功能验证

此外，运用String数据库构建了梅花PmCCD蛋白的互作网络，并通过酵母单杂交和双荧光素酶试验证明了PmCCD4能够与PmVAR3、PmSAT3和PmSAT5蛋白相互作用，表明PmCCD4可能通过与这些蛋白互作的方式发挥生理功能。

图4. 梅花PmCCD4与PmVAR3、PmSAT3和PmSAT5蛋白互作

以上两篇论文的第一作者均为我校园林学院博士生丁爱琴，通讯作者为张启翔教授和包菲副教授。以上研究工作得到了国家自然科学基金项目（32271910和31800596）的资助。