為何月季帶刺？專家提出“皮刺儲水”功能新假說

為何月季花會帶刺？近日，中國科學院昆明植物所植物分子遺傳與適應研究團隊與中國西南野生生物種質資源庫及云南省農科院的團隊合作，綜合利用比較基因組學、分子遺傳學和演化生物學等方法手段解析了月季皮刺遺傳調控機制，并提出了發育早期的皮刺具儲水功能的假設，填補了皮刺早期功能研究的空白。相關研究成果在線發表于《國家科學評論》。

皮刺是指植物表皮或皮層形成的尖銳突起，通常被認為是植物的防衛適應組織，保護植物免受動物、病原體或機械傷害。研究團隊以中國古老月季“無刺光葉薔薇（BT）”和“月月粉（OB）”及其雜交F1和回交BC1F1世代遺傳群體等為試材，首先利用掃描電鏡技術比較了BT和OB皮刺發育早期過程，發現BT皮刺缺失可能是皮刺發育的起始能力出現異常，并且基于BT x OB的F1和BC1F1世代群體開展了連續兩年的表型分析，發現月季皮刺密度遺傳受四個遺傳位點不完全顯性控制。

為更深入理解月季皮刺發育的遺傳調控機制，該團隊構建了二倍體BT染色體水平高質量參考基因組。研究團隊對BT和OB進行了比較基因組分析，發現皮刺密度可能與水分適應有關。

為更進一步探究這一假設，該團隊對41個基因型的月季進行了一系列生理測試。當年生的枝條皮刺相對于表皮和葉片更能富集水分，且該富集程度在幼嫩的皮刺中更高，而較老的枝條中皮刺的水分含量則顯著下降。這樣的現象不僅在現代栽培品系和中國古老月季種質中出現，還在野生薔薇等材料中保持一致。因此，研究團隊提出幼嫩皮刺很可能具有儲水功能的假設。

“盡管還需要更多遺傳學證據，但這一假設完善了皮刺生物學功能研究鏈條，即幼嫩皮刺以儲水為主，而成熟皮刺以防衛和防失水等功能為主。” 論文通訊作者、中國科學院昆明植物研究所研究員胡金勇說。

胡金勇表示，這項研究探究了月季皮刺遺傳調控機制，揭示了基因表達變異可能是皮刺表型分化的基礎，提出了皮刺發育早期的生理學功能假設，構建了重要遺傳和基因組資源。未來，這項工作不僅能夠促進對月季皮刺發育遺傳機理的解析，有利于月季生物學的發展和新種質的培育，還會為更好理解植物新性狀產生與維持機制提供新視角。