主要作者：熊凯英、姜璐、潘慧堂、张启祥、罗乐、余超
中国北京林业大学景观建筑设计学院，国家花卉工程研究中心，高效森林资源生产国家重点实验室，北京 100083
摘要 Rosa persica 以其紫红色的基部斑点而闻名，被认为是Rosa 属中具有斑点品种的主要遗传来源。这些红色斑点的形成主要归因于花青素的特异性积累。然而，这种色素沉着的调控机制仍不甚清楚。为了研究这一过程，我们首先结合了显微分析和代谢组学分析，发现三种花青素衍生物（Cy3G5G、Cy3G和Cy3R）仅在斑点区域的上表皮中积累。随后，我们鉴定出一个R2R3-MYB转录因子RpMYB113作为关键调控因子。功能验证表明，在R. chinensis 'Old Blush'中短暂过表达RpMYB113 会诱导强烈的花青素产生，这一结果在稳定转化的Nicotiana tabacum 中也得到了验证。同时，Y1H实验确认RpMYB113直接结合到RpDFR启动子上，从而确定RpDFR 是其直接靶标。重要的是，群体遗传分析表明，RpMYB113 及其相关的Hap4单倍型是一个核心遗传单元，在进化过程中经历了多次选择，能够在不同的遗传背景下表现出相同的复杂表型。因此，通过细胞、代谢、分子和群体层面的多层次研究，本研究阐明了R. persica 花瓣斑点中花青素分布的机制。
关键信息 我们揭示了RpMYB113在调节Rosa persica 花瓣斑点区域花青素积累中的关键作用，为Rosa 属斑点品种的分子育种提供了潜在靶点。
引言 Rosa persica 是蔷薇科Rosa属Hulthemia亚属中的唯一物种（Luo等人，2024年）。它以其明亮的黄色花瓣为特征，每个花瓣的基部都有独特的紫红色斑点，使花朵显得生动而引人注目。这一独特特征使R. persica 成为培育具有独特颜色和斑点图案的现代玫瑰品种的宝贵遗传资源（Liu等人，2022年）。目前许多流行的斑点玫瑰品种都是R. persica 与其他现代品种的杂交后代。这些杂交品种成功地将R. persica 的独特斑点图案与现代玫瑰的优良园艺特性（如多样的花形和重复开花）结合在一起。 花瓣斑点不仅丰富了花的颜色，显著增强了植物的观赏价值，还在吸引传粉者方面起着关键作用。这些独特的颜色图案模仿了潜在的食物来源、筑巢地点或交配伙伴，从而吸引目标传粉昆虫并提高授粉率（Fairnie等人，2022年）。一些研究表明，花瓣斑点还具有非生物学功能。例如，某些黄酮类化合物可以吸收紫外线、调节蒸腾作用、增强保温性并提高耐旱性（Talbi等人，2020年）。在干旱环境中生长的向日葵比在湿润地区生长的向日葵具有更大的紫外线斑点和更强的耐旱性（Todesco等人，2022年）。因此，花瓣斑点可能代表了对抗生物和气候因素的双重适应。
花瓣斑点的形成主要是由于色素（尤其是花青素）在花器官（如花瓣和萼片）特定区域的不均匀分布和积累。例如，在Viola × wittrockiana 中，花青素在斑点（S）区域积累，而在非斑点（NS）区域则不存在（Gong等人，2015年）。花青素是一类以2-苯基苯并吡喃为核心结构的黄酮类化合物。它们的颜色范围从粉红色到蓝紫色，主要取决于其分子结构。A环和B环上的羟基数量、B环羟基的甲基化程度以及糖基化修饰共同决定了花青素的结构多样性和颜色变化（Forkmann，1991年；Smeriglio等人，2016年）。通常，B环上的羟基数量越多，颜色越偏蓝（Smeriglio等人，2016年）。自然界中已鉴定出20多种花青素苷，但六种主要类型——pelargonidin、cyanidin、peonidin、delphinidin、petunidin和malvidin（Kong等人，2003年）——是许多植物花朵颜色的主要贡献者，尤其是在红色、紫色和蓝色光谱中。
花青素是一类重要的植物次生代谢物，不仅赋予花朵颜色，还具有多种生理功能。在植物中，它们保护叶细胞免受光氧化损伤，并在叶片衰老过程中提高养分循环效率（Field等人，2001年；Renner和Zohner，2019年；Winkel-Shirley，2002年）。花青素对人体也有潜在的健康益处，包括抗氧化和抗炎作用（Middleton等人，2000年；Alipour等人，2016年；Nguyen等人，2017年）。这些化合物通过黄酮类生物合成途径在细胞质中合成（Tanaka等人，2008年），该途径始于苯丙氨酸，并通过一系列酶催化的反应进行。参与这一过程的关键酶包括查尔酮合成酶（CHS）、黄酮酮3-羟化酶（F3H）、黄酮醇3'-羟化酶（F3'H）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）、花青素合成酶（ANS）和UDP-葡萄糖：黄酮类3-O-葡萄糖基转移酶（UFGT）等（Holton和Cornish，1995年；Boss等人，1996年；Takos等人，2006年）。编码这些酶的结构基因可以分为两类：上游基因（如PAL、CHS、CHI、F3H和F3'H）和下游基因（如DFR、ANS和UFGT）。关键结构基因的表达水平与花青素积累密切相关。例如，在Forsythia × intermedia 中下调ANS会导致花瓣中花青素积累减少（Rosati等人，1999年）。此外，研究表明Actinidia chinensis 果肉中的花青素积累受AcUFGT3 调控（Liu等人，2019年）。
除了结构基因外，转录因子在调控花青素合成和花型形成中也起着关键作用。这些因子精确控制结构基因的时空表达，从而决定了色素的分布和积累模式。在Senecio cruentus 中，两个MADS-box转录因子ScAG和ScAGL11负调控花青素合成，并促进辐射花形成双色图案（Qi等人，2022年）。在兰花中，萼片上红色斑点的形成受B类基因（AP3/PI）和AGL6的调控（Hsu等人，2021年）。在不同植物物种中发现的调控机制为阐明R. persica 花瓣独特花斑的色素沉积模式提供了重要的理论基础和研究策略。
MYB转录因子是调控植物花色的最丰富的转录因子之一。R2R3-MYB亚组在N端具有保守的DNA结合结构域（MYB结构域），在调控次生代谢途径（包括花青素生物合成）中尤为重要（Ogata等人，1996年；Dubos等人，2010年）（Stracke等人，2001年；Xu等人，2015年）。研究表明，R2R3-MYB因子可以正向或负向调控花青素积累。例如，在Solanum lycopersicum 中，SIMYB7通过抑制ANS表达并参与MYB-bHLH-WD40（MBW）抑制复合体来负调控这一过程（Li等人，2023年；Ramsay和Glover，2005年）。然而，迄今为止，尚未有研究将R2R3-MYB确定为R. persica 紫红色斑点的调控因子，因此鉴定关键调控因子迫在眉睫。
本研究探讨了R. persica 花瓣斑点形成的分子机制，其中R2R3-MYB转录因子RpMYB113 起中介作用。结果表明，花青素在花瓣基部的特异性沉积导致斑点仅出现在该区域，而花瓣表皮锥细胞的形态对斑点分布的空间特异性影响很小。功能分析显示，R2R3-MYB转录因子RpMYB113直接靶向DFR的启动子，DFR是花青素生物合成途径中的关键结构基因，从而调控花青素积累。单倍型分析表明，现代玫瑰品种中固定的Hap4单倍型驱动RpMYB113在花瓣斑点区域的特异性表达，并促进花青素积累，从而再现了祖先R. persica 的斑点表型。本研究确定RpMYB113是R. persica 中花青素靶向积累和花斑形成的关键因素，为具有花斑的玫瑰品种的分子育种提供了理论基础。
部分摘要 植物材料 实验材料使用的是来自新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州呼图壁县的R. persica 。该物种的特点是花瓣基部有一个红色斑点。R. persica 花瓣的发育阶段被划分为四个不同的阶段（图1）。第一阶段（S1）是初始阶段，此时花瓣为绿色，基部斑点尚未出现。第二阶段（S2）是
R. persica 中的细胞色素分布为了明确花瓣组织中的色素积累情况，使用光学显微镜观察了R. persica S4阶段花瓣的不同区域（S区和NS区）。色素积累表现出显著的空间特异性。在S区，红色色素特异性地积累在背表皮细胞中。这些细胞排列紧密，形状从圆形到圆锥形不等，由于存在花青素而呈现紫红色到深紫红色（图2B）。
Rosa persica 花瓣细胞的形态和色素的空间积累共同决定了
Rosa persica花瓣斑点的形成和着色
花瓣斑点的形成是通过细胞形态的物理调控和色素积累的生化协调在花瓣上精心构建的视觉信号模式。我们的研究首先观察到，尽管Rosa persica 花瓣的斑点区和非斑点区的表皮细胞都具有典型的圆锥形，但它们的形态从基部到顶端有明显差异。基部细胞更圆，而顶端细胞则呈延长状
结论 在本研究中，我们提出了一个四层调控机制，用于解释
R. persica花瓣S区花青素的积累。花青素特异性地积累在该区域的背表皮细胞中。这种现象的物质基础是在S3阶段积累的花青素衍生物（Cy3G5G、Cy3G和Cy3R）。核心转录因子RpMYB113直接靶向RpDFR 的启动子以调控色素合成。群体遗传学进一步证实了Hap1
未引用的参考文献 (Cheng等人，2025年；Ding等人，2025年；Camagna等人，2019年；Liu等人，2023年)
CRediT作者贡献声明 姜璐： 可视化、数据验证、数据管理。熊凯英： 撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、数据验证、数据管理。张启祥： 项目管理、方法学、概念设计。潘慧堂： 项目管理、方法学。余超： 项目管理、方法学、资金获取。罗乐： 项目管理、方法学。利益冲突声明 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢 本研究得到了中国云南省重大科技专项（202502AE090068）、国家自然科学基金（32471955）和中央高校基本科研业务费（QNTD202503）的支持。
作者贡献声明 YC、PH、ZQ和LL设计了研究。XK和JL进行了实验。XK和JL进行了数据分析。XK负责最终定稿和修订手稿。打赏
