研究蔷薇科花卉栽培的新成果
（一）探索玫瑰花栽培的新信息
1．培育玫瑰花特色品种的新进展
培育出世界上第一株蓝色玫瑰花。2006年6月，日本媒体报道，玫瑰花没有产生蓝色色素的基因，无法生长蓝色花瓣。虽然玫瑰有5000多年的人工栽培历史，迄今已培育出2500多个品种，但始终没有蓝玫瑰的身影。玫瑰花基因没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄酮类化合物3'5'-氢氧化酶”，培育蓝玫瑰被认为是不可能的，因而英语Blue rose(蓝色玫瑰)有“不可能”之意。近日，日本三得利公司展出了世界上首次培育出的真正的蓝玫瑰。Blue rose已成为可能。
蓝玫瑰因其色彩华贵而一直为人们所梦想。近年，在国内外热卖的“蓝色妖姬”便是满足人们愿望的替代品。其价格十分昂贵，一枝“蓝色妖姬”在国内可卖到300元。但它并不是真正的蓝玫瑰，而是白玫瑰用特殊染色剂溶液浸染而成，因而其色彩虽然漂亮，但人工染料导致鲜花表层细胞死亡，花期短，且花开不大。
人们梦想开发出蓝玫瑰，但都失败了。科研人员利用不同品种杂交，通过抑制红色素培养接近蓝色的玫瑰花，但其中并不含蓝色素，所以还不能称是真正的蓝玫瑰。传统杂交技术培育出的蓝玫瑰，颜色偏紫色或灰色，其颜色来自于红或橙色素，不是艳丽的蓝色。
此次面世的蓝玫瑰，是日本三得利公司耗资30亿日元培育而成，他们1990年就开始开发蓝玫瑰，从蓝三叶草中提取蓝色素基因，用基因重组技术改变玫瑰花遗传因子排列，成功地让翠雀花素单独显色，移植基因和紫罗兰色素合成，蓝花基因植入玫瑰花，培植出蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色，纯度接近100%。
2006年5月11日，三年一次的世界玫瑰花大会在日本大阪开幕，这株蓝玫瑰也在玫瑰节上首次向世人展露芳容。与那些争奇斗艳的各色玫瑰不同，这株蓝玫瑰被别出匠心地放置在一个空旷场地上，经过长长的隔离带围成的通道，偌大的展厅内单独陈放着这株造型别致的蓝玫瑰，远离缤纷热闹的蓝玫瑰安静地立在透明玻璃罩中。这株世界首个转基因蓝玫瑰，并不如想象中的那样妖艳华丽，它的蓝色接近藕荷色，更显清纯娇媚。日本三得利公司介绍说，以新开发的蓝玫瑰为杂交母体，有望使玫瑰花色更加绚丽多彩，这种蓝玫瑰的基因还可以传给下一代。
2．探索玫瑰花生理机制的新发现
发现对玫瑰花香形成至关重要的水解酶。2015年7月6日，有关媒体报道，法国圣太田大学植物分子生物学家让·路易斯·马格纳领导的研究小组，在最近一期《科学》杂志上发表论文称，他们近日发现了一个在玫瑰花香形成途径中发挥关键作用的焦磷酸水解酶——RhNUDX1，这对揭示玫瑰花香的形成机理，并培育香气浓郁的玫瑰花品种具有重要意义。
玫瑰花的芳香程度，对于玫瑰油的提炼有重要意义。但是在长期育种过程中，许多玫瑰品种的芳香特征逐渐消失，而原因却不清楚。
马格纳说，通过对两种花香程度不同的玫瑰品种，进行转录组学分析发现，91个基因在花香更浓的玫瑰品种中表达量更高，其中焦磷酸水解酶基因在两种玫瑰品种中表达量差异最大。该基因表达，与形成花香的香叶醇，以及其他单萜分子（一类植物特有的化合物）的含量，呈正相关。
研究小组通过对焦磷酸水解酶基因表达模式分析发现，该基因主要在花瓣中表达，在花瓣发育后期其表达量会升高。当该基因表达受到抑制后，花瓣中单萜类物质的含量大幅降低。研究表明，焦磷酸水解酶能够促进玫瑰花瓣中香叶醇的合成，从而提高花瓣芳香程度。玫瑰花的芳香程度，很可能依赖于焦磷酸水解酶基因的表达量，以及由焦磷酸水解酶所催化合成的单萜物质含量。
美国弗吉尼亚理工大学的多罗西·索尔教授表示，焦磷酸水解酶的发现揭示了玫瑰花瓣中香叶醇的一种特殊合成机制，同时也提出了新的科学问题。比如，植物为何进化出这种特殊机制？它何时产生？在其他植物中是否广泛存在？索尔认为，由该种酶介导的芳香醇合成途径，很可能是在玫瑰进化晚期形成，并很可能在其他植物中广泛存在，但若想精确回答上述问题，仍需进行大量后续研究。
3．研究玫瑰花虫害防治的新进展
发现玫瑰花蕾中螨虫的藏身地。2019年4月，美国园艺部门一个研究小组，在《环境园艺学报》上发布高分辨率图像显示，他们在玫瑰花花朵萼片里，找到螨虫躲避杀虫药的地方。
研究人员表示，下一次闻玫瑰花香不香时，可以留意一下里面有没有小小的螨虫。近日，他们在玫瑰花蕾中发现了螨虫的藏身之所。这些以玫瑰为食的螨虫比一粒盐的体积还小，借助由风在玫瑰花间移动，移动过程中会传播玫瑰花环病病毒。
自20世纪40年代初，人们发现这种极易传播的病毒以来，玫瑰花环病病毒如今已在美国30多个州间蔓延。它带来的症状包括花朵变形、花茎生出数量过多的刺等。由于传播这种病毒的螨虫踪迹极难探测，目前花朵染病后没有根治方法。
研究小组为了弄清螨虫何以造成如此严重的破坏，他们研究了患病玫瑰的茎、叶和花，将其与健康的玫瑰花进行比对，结果发现螨虫的容身之地，居然位于花朵萼片的微小绒毛里。这一十分隐蔽的藏身处，让螨虫得以躲避杀虫药和各种喷剂的杀灭。该发现，或许能帮助花农找到阻止螨虫和病毒扩散的方法。
4．探索玫瑰基因组奥秘的新进展
⑴成功破译玫瑰芳香和颜色基因。2018年5月，法国、中国和德国科学家组成的一个国际研究团队，在《自然·遗传学》杂志发表研究成果称，他们成功破解玫瑰基因组的奥秘，确定了负责玫瑰芳香、颜色和多次开花能力的基因。
玫瑰花是情人节、婚礼和周年纪念的“宠儿”，常常被人们认为是爱的象征。同时，玫瑰花瓣也是价值数十亿美元的香水产业不可或缺的一种成分。破译现代玫瑰花的基因组信息，将有助于玫瑰花种植者进一步改善其对害虫以及干旱的抗性，同时还有助于提高玫瑰花瓶插的寿命。
研究人员表示，玫瑰花种植者总在寻找一些畅销的玫瑰品种，也就是试图把迷人的色彩和诱人的香味，与抗虫性和低耗水量结合在一起。本次发布的玫瑰花基因组信息，可能有助于种植者加快对不同玫瑰花品种改良的进程。本次绘制的玫瑰花基因组图谱，是以一种名为月季（Rosa chinensis）的花朵为试材，它于18世纪从亚洲引入欧洲种植。
研究团队发现月季拥有36377个基因，它们对协调玫瑰花朵颜色和香味的蛋白质、生化路径进行编码。研究人员指出，当今数千个玫瑰品种，是由200个已知野生品种形成的，他们把这种月季确定为现代玫瑰的主要祖先之一，并认为月季对现代玫瑰花品种开发是非常重要的，月季虽然是一种普通的玫瑰类植物，但人们可从中获取让其四季重复开花的特性。
⑵破译玫瑰内在美的高质量基因组。2021年7月，南京农业大学园艺学院程宗明教授和陈飞博士等人组成的研究团队，在《园艺研究》发表研究论文称，他们破译首个玫瑰植物的基因组，达到高质量染色体的组装水平，并揭示玫瑰耐盐、耐旱等内在美的分子遗传基础，为玫瑰遗传学研究提供科技支撑，对于改良月季、蔷薇等品种的抗性具有较高的育种价值。
玫瑰在分类上属蔷薇目蔷薇科蔷薇属玫瑰种。玫瑰属于落叶灌木，枝干多刺，奇数羽状复叶，小叶约5～9片。玫瑰花瓣呈倒卵形，花色有紫红色、白色等，果期8～9月，果实性状呈红色扁球形，看起来很像番茄。
玫瑰是一种良好的经济作物，花朵主要用于提炼玫瑰精油，玫瑰精油应用于化妆品、食品、精细化工等工业用途。而且，玫瑰还是风景园林里非常重要的观赏植物。其生态价值很高，可以抗旱、抗盐碱，因此在海边也能生长。很少有植物既能适应干旱环境，又适应沿海滩涂地带，比如在蔷薇科里的其他植物都没有这么强的生态适应性。玫瑰的原产地是中国，但正因为其抗盐碱，被引入美国东海岸，由于兼具诱人颜值和生存实力，它在北美洲沿海岸迅速繁衍。现在，玫瑰已成为美国东海岸沙滩上非常重要的当家植物。
该研究团队选用高度耐盐碱的野生滩涂玫瑰作为测序材料。然后使用先进的三代测序技术，获得高质量的7条玫瑰染色体序列，基因组大小为382.6Mb。与蔷薇科月季、草莓等基因组相比，该玫瑰基因组序列质量高、完整度好，序列具有高可信度。研究人员通过基因注释还获得玫瑰39704个基因。
研究人员通过玫瑰与其他蔷薇科植物基因组的比较分析，发现月季中存在一个独特的大倒置片段，并发现草莓中存在全基因组三倍后事件引起的倒位片段。他们还发现在全基因组三倍后保留了与花发育和抗逆信号相关的基因模块。
研究人员说，玫瑰抗逆性比较突出，主要是由于玫瑰在长期进化过程中，保留了两个相关基因。他们发现这两个候选基因对玫瑰的生态适应性有很强作用，可能促成玫瑰这种独特能力以适应恶劣的环境。研究人员认为，玫瑰高质量基因组可为近缘物种比较研究提供很大便利性，将对蔷薇科果树遗传改良以及抗旱性、抗盐碱性改良，提供一些优异的基因资源。
（二）探索月季花栽培的新信息
解密现代月季花的基因组序列
2018年4月30日，法国农业科学研究院植物学家穆罕默德·本达曼主持，里昂大学、法国国家科学研究中心同行参加的一个研究团队，在《自然·遗传学》网络版发表论文称，近日他们解密了现代月季的基因组序列。现代月季拥有独特的颜色与香味，广受称赞。这项研究，帮助人们从分子角度了解这背后的基因和代谢流程。
现代月季的基因组非常复杂，只有解码它的基因组，才能充分利用遗传信息改良该物种。但是，过去的现代月季基因组组装非常碎片化，难以破译。
法国研究团队运用长读长测序和小孢子培养方法，组装获得了月季的高质量基因组，该月季又名“粉月季”。这是现有的最完整的植物基因组序列之一。
研究人员可以把其与草莓、杏、桃、苹果和梨等植物的基因组进行比较分析，探索月季的起源和演化。将所得基因组信息与生物化学及分子分析结果相结合，可以揭示与颜色及香味相关的新的遗传路径。
本达曼等人还鉴定出了与开花相关的候选基因，或能作为遗传改良月季栽培的标靶。研究人员认为这一基因组资源，及其带来的新见解，为研究人员和育种者调控开花、颜色、用水效率，增强香味，延长月季瓶插寿命奠定了基础。
（三）探索梅花栽培的新信息
1．绘制出首张梅花全基因组图谱
2012年12月27日，北京林业大学张启翔教授率领的项目组，与深圳华大基因研究院及北京林福科源花卉有限公司等多家单位联合组成的研究团队，在《自然·通讯》网络版发表论文称，他们揭示出合成梅花花香中重要成分乙酸苯甲酯的BEAT基因家族，并构建完成首张梅花全基因组精细图谱。
梅花因其独特的花香，在很多诗词中成为人们吟诵的对象。那么，它的花香到底来自何处呢？该研究团队选取位于梅花起源中心的西藏野生梅花进行基因组测序，从基因组水平，揭示出合成梅花花香中重要成分乙酸苯甲酯的BEAT基因家族34个成员，在梅花基因组中显著扩增并且其中12个成员串联重复分布，从而使梅花具有独特的花香。研究人员推测梅花基因组中6个串联重复的DAM基因，以及它上游过多的CBF结合位点，是梅花提早解除休眠的关键因子，从而解释“踏雪寻梅”之说。
研究人员说，梅花全基因组测序的完成以及高密度遗传图谱构建，有助于揭示梅花花期早、花香独特等重要观赏性状的遗传基础，有助于挖掘与诸多重要性状相关的功能基因，为今后进一步揭示梅花花期、抗病调控机制、梅花及相关种属的分子育种奠定基础。
研究团队还揭示出蔷薇科植物的进化规律。研究人员说，通过分析梅花的进化发现，梅与苹果发生分化后，并没有出现近期的全基因组复制事件，同时结合已完成的苹果和草莓基因组序列，成功重建了蔷薇科9条原始染色体，揭示了蔷薇科植物进化规律，为开展蔷薇科物种比较基因组学研究奠定重要的理论基础。据悉，目前，转录组数据组装及基因功能注释数据，已在相关网站对外公开。
2．发表蜡梅精细基因组图谱
2020年8月18日，华中农业大学刘秀群和赵凯歌研究组、金双侠研究组，联合西南林业大学陈龙清研究组，共同在《基因组生物学》杂志网络版发表研究成果，公布蜡梅的染色体水平精细基因组图谱。这项成果，系统研究了蜡梅花芽周年发育的生物学特性，破解了蜡梅独特香气之谜。
蜡梅是木兰类樟目蜡梅科蜡梅属植物，为我国历史传统名花，有上千年的栽培历史，是稀有的冬季开花的木本花卉。研究人员意识到对蜡梅进行全基因组测序的重要性。因此，他们利用二代测序和三代测序平台对蜡梅进行测序，结合相关技术获得了染色体水平的精细基因组。该基因组大小为695.36Mb，99.42%的序列锚定到11条染色体上。
研究人员分析发现，蜡梅经历了两次全基因组复制事件。其中较古老的全基因组复制事件，发生在樟科和蜡梅科分化之前，近期的全基因组复制事件发生在樟科和蜡梅科分化之后。蜡梅基因组在历史进化中经历了复杂的染色体断裂、融合及片段重组过程。
蜡梅因花期特殊、花香浓郁赋予其独特的观赏特性，广泛应用于盆景栽培、园林绿化、切花生产，具有极高的观赏应用价值。目前，几乎所有的中国园林绿地中都栽种有蜡梅。
研究人员说，蜡梅的抗寒性与花香有一定的关系。以前有研究表明，挥发性物质如果以糖苷态的形式贮藏起来的话，能够提高植物抗寒性，而在蜡梅花瓣中检测到大量花香挥发性物以糖苷态形式存在。这很有可能是蜡梅花抗寒的关键因素。
研究人员发现，蜡梅花香的主要成分是单萜化合物芳樟醇，占花香总成分近50%。基因的串联复制以及在花中选择性表达带来了芳樟醇合成酶剂量上的变化，进而导致蜡梅特征香气芳樟醇的形成。他们还发现，苯环类化合物乙酸苄酯也是蜡梅的特征香气成分。乙酸苄酯合成通路关键酶多数是通过全基因组复制和串联复制事件产生的，对蜡梅浓郁而独特香味的形成起到至关重要的作用。
（四）探索樱花栽培的新信息
破译樱花代表性品种的基因组
2019年3月31日，香港《文汇报》报道，在园艺界，樱花是蔷薇科李属樱亚属所有种的统称。日本岛根大学、京都府立大学和千叶县卡祖萨DNA研究所组成的研究团队近日透露，他们已破译樱花代表性品种“染井吉野樱”的基因组，未来或可以准确预测樱花开花时间。
据报道，基因组被称为形成生物的设计图，与各种生命活动相关。该研究团队此次发现在开花时活动的基因，如果进一步展开研究，或许能正确预测开花时间。
研究团队于川崎市举行的园艺学会上发表成果。研究人员表示，他们采集了岛根大学农园中约140个品种的樱花，以及被认为是染井吉野樱原木的东京上野公园树木组织，破译了全部遗传信息。结果与公认说法一致，证实染井吉野樱的祖先为“江户彼岸”和“大岛樱”两个品种。研究人员还在开花前一年中，调查花蕾基因的活动，锁定与开花有关的基因。
报道称，研究人员发现被称为“成花素”的基因，与开花存在关系，抑制“成花素”活动的另一种基因，在冬天以后由于长时间处于低温状态而活动减弱，促使“成花素”开始活动，促进开花。卡祖萨DNA研究所白泽健太研究员表示，将推动研究锁定开花时间，也将分析各地的染井吉野樱，提高研究准确度。
