薔薇屬(Rosa spp.)植物有三種開花習性：單次開花、偶爾二次開花和多次開花。多次開花是重要的觀賞性狀和產量指標，一直以來都是人們研究的熱點之一。玫瑰(Rosa rugosa)原產中國，不僅是一種重要觀賞植物，也是香料工業和食品工業的重要原料。和月季不同，大部分玫瑰栽培種（品種）一年只能在春季開花一次，如大馬士革玫瑰和千葉玫瑰，極大限制了玫瑰花瓣及其衍生品的產量。

‘紫枝玫瑰’是上世紀80年代山東平陰玫瑰研究所培育的能多季開花的玫瑰品種，已經在全國各地廣泛栽培。據記載，其親本是山刺玫和重瓣紅玫瑰，然而它的雙親都是單次開花品種，其多次開花的性狀從何而來一直是一個謎。研究表明，月季的多次開花是由於KSN基因的第二個內含子插入一個反轉錄轉座子阻斷其轉錄而致。因此，解析KSN基因在‘紫枝玫瑰’多次開花中的功能非常必要。

近日，Horticulture Research線上發表了南京農業大學園藝學院王長泉教授團隊題為KSN heterozygosity is associated with continuous flowering of Rosa rugosa Purple branch的研究論文。該研究以連續開花玫瑰品種‘紫枝玫瑰’和單次開花品種‘重瓣紅玫瑰’為主要研究材料，透過分析比較開花抑制因子KSN在不同品種間的表達調控模式，闡明瞭KSN在玫瑰多次開花中的作用機制。

該研究從基因水平、轉錄水平和表觀調控水平對KSN基因進行了解析。首先，透過基因克隆和序列比對發現，在連續開花的‘紫枝玫瑰’中存在雜合的KSN等位基因，遺傳學驗證表明一個複製(KSN-Wt-Pb)有正常功能，另外一個複製(KSN-Copia)的第二個內含子中插入一個9Kb的反轉錄轉座子，導致轉錄終止。

其次，透過qPCR和甲基化PCR發現，多次開花的紫枝玫瑰KSN的表達量遠遠低於單次開花品種，而且其具有功能的KSN-Wt-Pb這個複製啟動子區域的甲基化程度明顯高於單次開花的重瓣紅玫瑰(Fig. 5)。

第三，ChIP-PCR結果表明，和單次開花的重瓣紅玫瑰比較，紫枝玫瑰在KSN位點對應的組蛋白在H3K9和H3K27的甲基化修飾程度明顯增加，而H3H4的甲基化修飾程度卻降低(Fig. 6)。

這些結果綜合說明，紫枝玫瑰多次開花的一個重要原因是由於雜合導致的KSN表達量降低，這種表達量的下降還與轉座子插入而導致的DNA甲基化和組蛋白修飾密切相關。該研究為理解薔薇屬植物多次開花的形成機制提供了新視角。

Fig. 1: Images of R. rugosa Plena, R. rugosa Purple branch and R. davurica.

Fig. 5: Region B methylation status of the KSN promoter in Purple branch and Plena.

Fig. 6: Histone methylation of the KSN locus in Purple branch and Plena.

南京農業大學園藝學院博士生白夢娟為論文第一作者，副教授劉金義為論文的共同第一作者，王長泉教授為論文通訊作者，範春國，陳葉青，陳慧，陸俊和孫晶晶等參與了部分工作，華中農業大學寧國貴教授對實驗提供了幫助。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金-新疆聯合基金、江蘇省研究生科研與實踐創新計劃的資助。

文章連結：

https://www.nature.com/articles/s41438-021-00464-8

About Horticulture Research

Horticulture Research 是由南京農業大學與自然出版集團（現Springer Nature）合作創辦的英文期刊，是Nature旗下唯一的園藝領域專刊。所有關於園藝作物的基礎和理論研究都可以投稿。Horticulture Research 科睿唯安JCR2019影響因子：5.404，位於園藝一區（第1/36名），植物科學一區（第16/234名），遺傳學一區（第24/177名）。2020年中科院期刊分割槽（基礎版）：位於園藝小類一區，植物科學小類一區，遺傳學小類一區，農林科學大類一區（Top期刊）。