近日，农林科学2区TOP期刊Scientia Horticulturae发表了北京林业大学园林学院科研团队题为“Three CYCDs positively regulate plant height of crape myrtle by increasing cell division”的研究论文。

研究背景：

紫薇（Lagerstroemia indica）是世界范围内广泛应用的夏季木本观花植物，其株型包括乔木型、灌木型、垂枝型、开张型等不同类型，是研究木本植物株型性状的理想植物。株高性状是植物株型的重要组成部分，节间长度是决定植物株高的关键性状，细胞周期蛋白基因CYCD对节间长度有重要的影响，但CYCD在木本植物株型调控中的机制尚

清晰。

研究结果：

1. 紫薇CYCD基因多序列比对、系统发育树构建及亚细胞定位

紫薇中的LfiCYCD3;1、LfiCYCD5;1和LfiCYCD6;1的编码区长度分别为1008 bp、1002 bp和888 bp，对应的编码氨基酸长度分别为335 aa、333 aa和295 aa。LfiCYCD5;1只有Cyclin-N保守结构域，另外两个基因则有Cyclin-N/C保守结构域。此外，LfiCYCD3;1和LfiCYCD5;1在N末端具有一个LxCxE结构。系统发育树显示紫薇CYCD基因属于CYCD3、CYCD5和CYCD6分枝。LfiCYCD3;1和LfiCYCD5;1主要位于细胞核中，同时少量分布在细胞膜中，LfiCYCD6;1位于细胞核。

1. CYCD在紫薇植株不同部位及GA₄处理后的表达

LfiCYCD3;1、LfiCYCD5;1和LfiCYCD6;1在茎尖分生组织（SAM）中的表达水平显著高于其他组织或器官。LfiCYCD3;1的表达水平在幼叶和成熟叶片中高于嫩茎和成熟茎。LfiCYCD5;1的表达水平在其他四个组织或器官中没有显著差异。LfiCYCD6;1的表达水平在幼叶中明显高于嫩茎、成熟叶片和成熟茎。外源喷施GA₄后，三个基因的表达水平短暂上调，然后恢复到喷施前的水平。

图4 紫薇中三种LifCYCDs的表达模式

图5外源GA₄处理后SAM中三种LifCYCDs的表达模式

1. 紫薇CYCD基因的功能验证

转CYCD基因的烟草株高显著增加，转LfiCYCD3;1和LfiCYCD6;1基因的烟草株高分别为对照的120.80%和123.56%。转LfiCYCD3;1基因烟草的细胞大小为对照的73.82%，茎干纵向细胞数目为对照的117.15%。转基因植株在单个节间有更多的细胞。转LfiCYCD6;1基因烟草的细胞大小为对照的57.92%，茎干纵向细胞数为对照的148.12%。利用VIGS技术在紫薇中沉默LfiCYCD3;1、LfiCYCD5;1和LfiCYCD6;1后，节间长度为对照的86.28%、83.32%和82.07%，细胞数目显著减少，分别为对照的84.32%、80.94%和73.5%。

研究结果为阐明紫薇株高性状形成提供了新信息，为定向培育不同株型紫薇品种提供了依据。

图6对照（NC）和LfiCYCD3;1、LfiCYCD6;1转基因烟草的表型观测

图7 LfiCYCDs基因沉默紫薇与对照组紫薇的表型观测

北京林业大学园林学院在读博士生周杨和已毕业博士鞠易倩为该论文的共同第一作者，国家林业和草原科技创新团队 “紫薇等花卉种质创新与分子育种创新团队”负责人潘会堂教授为论文的通讯作者，张启翔教授、程堂仁教授、蔡明副教授和王佳高级工程师参与了工作。该工作得到了国家重点研发计划（2019YFD1001004）、江西省林业局林业科技创新专项资金项目（创新项目[2019] No.13）等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.111954