《Scientia Horticulturae》：Genome-wide identification of
CKX genes in petunia reveals
PhCKX3 as a key regulator of flower and leaf development
编辑推荐：
本研究针对观赏植物矮牵牛中细胞分裂素代谢关键酶CKX基因家族功能未知的问题，系统鉴定了其家族成员并深入解析了PhCKX3的调控功能。研究人员通过全基因组筛选在5个矮牵牛种质中鉴定到29个CKX基因，发现PhCKX3的表达与花器官大小显著负相关，利用病毒诱导基因沉默技术证实其沉默后能增大花叶器官。该研究为观赏植物花型分子育种提供了新靶点，对揭示细胞分裂素调控花卉发育的机制具有重要意义。
在繁花似锦的观赏植物世界，矮牵牛以其丰富的花色和多样的花型被誉为"花坛植物之王"。然而，究竟是什么神秘力量控制着它们花朵的大小和形态？科学家们将目光投向了植物体内一类重要的激素——细胞分裂素。这种激素如同植物的"生长调节师"，通过精细调控细胞分裂与扩增，直接影响着花朵的尺寸。但长期以来，人们对矮牵牛中负责降解细胞分裂素的关键酶家族CKX知之甚少，这成为解析花卉发育机制的一个关键瓶颈。
为了解开这一谜题，广州市林业和园林科学研究院的研究团队在《Scientia Horticulturae》上发表了最新研究成果。他们通过对四个野生矮牵牛物种和一个栽培品系进行全基因组扫描，成功鉴定出29个CKX基因家族成员，并首次系统揭示了PhCKX3作为花叶发育关键负调控因子的重要作用。
研究采用的关键技术包括：基于隐马尔可夫模型的生物信息学筛选、最大似然法系统进化分析、启动子顺式元件预测、跨组织表达谱分析，以及病毒诱导基因沉默功能验证。实验材料涵盖5个矮牵牛种质，其中F2分离群体为研究花大小变异提供了理想材料。
3.1. 矮牵牛CKX基因的鉴定
通过同源比对和结构域分析，在五个矮牵牛种质中共鉴定到29个CKX基因，每个基因组包含5-6个成员。栽培品系'MD'中成功克隆出6个基因的完整编码区，命名为PhCKX1a至PhCKX7。
3.2. PhCKX蛋白的保守结构域特征
序列比对显示所有PhCKX蛋白均含有FAD结合域和细胞分裂素结合域两个保守结构域，其中FAD结合域序列高度保守，而细胞分裂素结合域呈现N端保守、C端变异的特征。
3.3. CKX蛋白的系统进化分析
基于22个代表性物种的164个CKX蛋白构建系统进化树，将其分为5个进化枝。矮牵牛CKX成员分布于其中4个枝，PhCKX3独属于枝V，而PhCKX7属于古老的枝I。
3.4. 矮牵牛CKX基因的系统进化关系
编码序列比对显示栽培矮牵牛与野生种P.axillaris和P.secreta亲缘关系最近，其中CKX5和CKX7保守性最高，CKX3分化程度最大。
3.5. CKX基因的结构和保守基序分析
除CKX7外，其他基因均具有5个外显子/4个内含子的相同结构。基序分析鉴定出13个保守基序，其中基序10和12为非古老型CKX特有。
3.6. 矮牵牛CKX基因的启动子顺式调控元件
在2000bp启动子区鉴定出37类顺式元件，其中光响应元件占比最高(52.16%)。CKX3和CKX7启动子富含发育相关元件，而CKX5和CKX6富含激素响应元件。
3.7. PhCKX基因的表达模式
表达谱分析显示PhCKX3在花蕾中高表达，与花大小显著负相关；PhCKX7随花发育进程表达量逐渐升高，可能在花衰老中发挥作用。PhCKX5在花发育各阶段均未检测到表达。
3.8. 沉默PhCKX3增大花叶尺寸
病毒诱导基因沉默实验证实，抑制PhCKX3表达后植株的花器官和叶片显著增大，侧枝数量增加，证明其通过降解细胞分裂素负调控器官大小。
研究结论表明，矮牵牛CKX基因家族通过差异表达模式精细调控细胞分裂素稳态，其中PhCKX3作为关键负调控因子抑制花叶器官的细胞增殖。该研究不仅首次系统解析了观赏植物CKX基因家族，还提出了一个创新性机制：大花型矮牵牛可能通过增强细胞分裂素信号转导—反馈性上调PhCKX表达—维持适宜激素水平的调控回路来实现花型调控。这一发现为分子育种改良观赏植物花型提供了重要理论依据和候选靶基因。
