研究兰科与菊科花卉栽培的新成果
（一）探索兰科花卉栽培的新信息
1．调研野生兰科花卉的新发现
⑴丽江玉龙雪山再现特有濒危植物玉龙杓兰。2019年8月7日，新华社报道，中科院昆明植物研究所丽江高山植物园研究团队向媒体披露，他们近期在玉龙雪山野外考察时，发现了我国特有濒危植物玉龙杓兰的野外居群。
该研究团队明升平助理工程师介绍道，玉龙杓兰是杓兰属植物，仅分布在云南省西北部，由植物学家乔治·福雷斯特于1913年在丽江地区采集并命名，属于极小种群野生植物，其受威胁等级被世界自然保护联盟评价为濒危。
明升平说，由于生存环境丧失和人为因素干扰，玉龙杓兰命名后一直保持着神秘状态。该研究团队于6月8日在玉龙雪山自然保护区考察时，发现了一个单丛40余株的玉龙杓兰野生居群。玉龙杓兰再现玉龙雪山，说明近年来保护区保护工作成效显著。
研究人员观察研究这一玉龙杓兰野外居群，发现其叶片上的斑点并不是一个稳定的性状，同一居群同时存在有斑点和无斑点的叶片，容易和小花杓兰混淆，这是对玉龙杓兰形态学分类的一个重要补充。
据介绍，研究人员将通过人工授粉扩大结实量，利用种子无菌萌发技术，扩大种群数量进行人工保育，并联合玉龙雪山省级自然保护区管护局对这一野外居群加强保护和研究。
⑵发现31个野生兰科植物新种。2021年12月，有关媒体报道，全国野生兰科植物资源专项调查项目组，近日公布的阶段性重要成果表明，他们查清了云南、广西、西藏等16个兰科重点分布区域野生兰科植物的种类和分布情况，发现了贡山小红门兰、米林舌唇兰、中华珊瑚兰等31个新种，条纹双唇兰、广椭牛齿兰等12个中国新记录种，以及1个大陆新纪录属拟蜘蛛兰属。
近年来，由于无序开发利用和原生地生态系统退化等因素，导致野生兰科植物资源急剧减少，甚至区域性灭绝，全面加强保护已迫在眉睫。为加大我国兰科植物资源保护力度，建立科学的管理监测体系，国家林草局于2018年启动全国野生兰科植物资源专项调查项目。至今共完成样方调查78776个，记录兰科植物约13.2万次，记录物种约1258种。其中约800种原生兰科植物在植物园中得到迁地保护，约65%的物种在自然保护区有分布。
我国是世界兰科植物多样性最丰富的国家之一，目前记载兰科植物共181属1745种。其中，国家重点保护的野生兰科植物占我国重点保护野生植物种类总数的1/4。兰科植物具有重要的经济价值和独特的观赏价值，在我国开发栽培历史悠久，并形成了独特的“兰文化”。
2．研究兰花花朵生理现象的新发现
发现决定兰花花朵形状的蛋白。2015年5月，植物学家杨昌献等人组成的一个研究小组，在《自然·植物学》杂志网络版发表论文称，兰花的花朵形状由两组竞争关系的蛋白所决定。这一发现，大大拓展了人们对兰花多样性之美背后的主导机制的理解。
研究人员说，大多数兰花与普通花不同，它有一个花瓣较大且形状不规则，被称为“唇”的器官。兰花的唇可以吸引那些传粉的昆虫前来，并作为其着陆平台，这被认为是兰花在促进繁殖方面的一个很有利的进化。
该研究小组检测了一种与花瓣发育有关的已知基因的表达。据基因表达模式显示，在成熟的兰花中，两种具有竞争关系的蛋白复合物，他们将其命名L复合物和SP复合物，它会分别促进唇和标准花瓣的形成。研究人员把这种机制称为花被代码，借指花瓣和萼片。研究人员发现，不同亚科中，有着不同类型的唇和花瓣的那些兰花种类，都遵循花被代码。他们还通过基因沉默的手段，降低L复合物的活性，从而成功地把两种兰花的唇转化成花瓣。
植物学家巴巴拉·格拉凡德尔在相关评论中写道：“这两种蛋白复合物的发现，为我们完全了解兰花在缺乏‘物质奖励’的情况下，如何吸引传粉者的原理，迈出了重要的一步。”
3．探索兰花基因组测序的新进展
公布首个兰花基因组完整序列。2014年11月24日，清华大学深圳研究生院黄来强教授，与国家兰科植物种质资源保护中心刘仲健教授主持，台湾成功大学、中科院植物所、比利时根特大学、深圳华大基因研究院、华南农业大学林学院等机构参与的研究团队，在《自然·遗传学》杂志以封面文章形式，公布了植物界种类最丰富的家族之一兰花的全基因组。
兰花具有独特的吸引昆虫完成传粉的机制，吸引了自达尔文以来无数的演化生物学家和植物学家，对其进行大量细致的观察和研究。全世界大量的兰花爱好者，也沉醉于这个至今仍不断有新物种发现的植物大家族。然而兰花生物多样性的遗传基础，是哪些基因导致兰花演化出如此丰富的多样性，一直是悬而未决的问题。
本项研究成果，完成了小兰屿蝴蝶兰全基因组测序和组装，这是一种广泛用于杂交育种的具有重要园艺价值的兰花。同时，小兰屿蝴蝶兰也是第一个全基因组测序的景天酸代谢植物。所谓景天酸代谢，是指生长在热带及亚热带干旱及半干旱地区的景天科肉质植物，所具有的一种光合固定二氧化碳的附加途径，这类植物通过改变其代谢类型来适应环境，因此虽然生长慢，但能在其它植物难以生存的生态条件下生存和生长。
从基因组序列上看，小兰屿蝴蝶兰共有29431个蛋白编码基因。这些蛋白编码基因的平均内含子长度达到2922碱基对，这一长度显著超过迄今为止所有植物基因组中平均内含子长度。进一步分析发现，蝴蝶兰内含子中大量转座元件是蝴蝶兰超长内含子的主要原因。
由于基因组中含有杂合性区域，这为蝴蝶兰全基因组测序和组装带来巨大挑战。研究人员发现兰花基因组中重叠区域可能是由杂合产生，在参与自交不亲和途径的基因中尤为富集。这些基因也是下一步分析兰花自交不亲和作用机制的候选途径之一。
与其它许多植物基因组相似，研究人员也在这种植物中发现了一种兰花特有的古多倍化事件，即古代植物细胞中基因成倍复制，这也许能用于解释为何兰花会成为地球上最大的植物家族之一。研究人员还通过比较其它植物基因组同源基因，发现随着兰花品系发展，出现基因重复和景天酸代谢基因丢失的现象，这表明基因重复事件可能导致蝴蝶兰景天酸代谢光合作用的演变。
（二）探索菊科花卉栽培的新信息
1．培育菊科花卉特色品种的新进展
⑴通过基因重组培育出蓝色菊科大丽花。2012年6月5日，日本千叶大学研究生院，园艺学教授三位正洋率领的研究小组，对当地媒体宣布，他们通过基因重组，在世界上首次培育出蓝色的菊科大丽花。
原产墨西哥的菊科大丽花，颜色非常丰富，但没有开蓝花的自然品种。研究人员说，他们是在粉色的单瓣品种大丽花“大和姬”中，植入开蓝花的鸭跖草的蓝色基因，培育出开蓝紫色花朵的大丽花，然后再与重瓣的大丽花杂交，最终培育出重瓣的蓝色大丽花。
它们的种子培育出的下一代也非常稳定，能够继续开蓝色花朵，并且能够与其他颜色的大丽花杂交。三位正洋表示，接下来研究小组还准备把蓝花品种与其他品种杂交，培育出形态更优美、蓝色更深的新品种。
⑵首次培育出蓝色菊花。2017年7月，日本农业和食品产业技术综合研究机构野田尚信等人组成的研究团队，在《科学·转化医学》杂志上发表论文称，蓝色花卉给人高贵、冷艳的感觉，但人们常见的观赏花卉却少见蓝色。近日，他们利用植物转基因技术，第一次在世界上培育出一种“真正蓝色”的菊花。
菊花、玫瑰、康乃馨和百合等花卉，是全球花卉市场上的主要观赏植物。研究人员介绍说，虽然这些花卉已经有了白色、黄色、橙色、红色、洋红色和绿色的品种，但一直没有培育出蓝色品种。因此，培育出蓝色品种，引起花卉行业以及园艺与植物科学界的特别兴趣。
自然界中的天然蓝色花卉，通常产生被称为花翠素的蓝色色素。但此前研究发现，利用人工方法让常见观赏花卉含有花翠素，培育出的不是蓝色花，而是紫色或紫罗兰色花。
该研究团队此次的新方法涉及两种基因。首先，他们把蓝色风铃草的一种基因“插”入菊花，修改花翠素让花朵呈紫色；然后，他们“插”入来自蝶豆花的第二种基因，这种基因给花翠素增加了一种糖分子，结果菊花就变成了“真正的蓝色”。研究人员说：“这是此前从未报告过的新方法，它简单实用，是培育各种观赏植物开蓝色花的一种很有前景的途径。”
2．研究菊花基因组测序的新进展
率先完成菊花全基因组测序。2017年12月7日，有关媒体报道，中国中医科学院中药研究所和安利植物研发中心联合组成的研究团队，对外发布消息称，他们在菊花全基因组计划获重大进展的同时，还完成重要的药用菊花品种杭白菊的全长转录组遗传信息发掘。此举使我国成为世界上首次完成菊属植物菊花全基因组测序的国家。
据了解，菊属植物染色体结构复杂，包含从2n=18到8n=72之间的各种染色体组结构。生产上作为菊花茶使用的菊花，如著名的杭白菊，是一个复杂的多倍体物种，有多套二倍体亚基组成。菊属是一个非常大的植物分类单位，包括菊组和苞叶组两大分支。而被广泛熟知的野菊花、甘菊、菊花、异色菊等，都属于菊组，该分支植物主要特点为全部总苞片草质，边缘白色、褐色、棕褐色或黑褐色膜质。
面对菊花的复杂染色体遗传结构以及丰富的种质资源多样性，进行菊花基因组测序，对于揭示菊属物种的起源进化及物种多样性具有重要意义。对此，2016年，中国中医科学院中药研究所和安利植物研发中心共同开启科研攻关，最终利用纳米孔测序技术，突破复杂基因组测序，在菊属植物研究中迈出人类认知的重要一步。
研究人员说，菊花基因组测序的完成，不仅对菊属的物种多样性研究、菊花的遗传进化机制研究和分子遗传育种等研究工作具有重要的意义，而且对研究具有重要药用价值的多倍体药用菊花杭白菊具有重大的参考价值。他们在全球率先使用纳米孔测序这一最新的测序技术，完成高等植物中全基因组测序，并克服之前在二代测序技术时代解决不了的高杂合、高重复基因组组装的难题，此举必将极大推动植物基因组，尤其是药用植物基因组研究的发展，是本草基因组学研究的一项重要突破。
该研究团队透露，相关研究成果和基因组数据自即日起，在中国中医科学院中药研究所官网及安利植物研发中心学术研究网站公布，免费向全世界研究菊花的学术团队和非盈利组织开放。
