芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)植物种子颗粒大且富含油脂，油用牡丹的栽培面积超过100万亩，是具有潜力的新兴油料作物。凤丹牡丹(P. ostii)是芍药属的多年生落叶灌木，其种子富含不饱和脂肪酸( > 91%)，特别是被喻为"液体黄金"的α -亚麻酸的含量(41%)高于大部分常见油料作物，具有重要的食用与保健价值。凤丹牡丹作为其中栽培面积最大的代表性类群之一，尽管其具有巨大的经济潜力，但种子产量低和对非生物胁迫(例如干旱、洪涝等)的敏感性导致了产量与品质波动大，从而严重影响了经济效益和产业发展。近年来凤丹牡丹高质量基因组的发表，为牡丹分子基础研究提供了坚实的基础，极大的推动了牡丹分子生物学研究的整体水平。但迄今为止，关于牡丹种子发育相关功能基因的报道依然很少。

　　2025年11月5日，国际期刊 Industrial Crops and Products (IF=6.2，中科院1区)在线发表了上海辰山植物园牡丹组学与种质资源创新研究组题为“PoSCPL61 as a negative regulator of seed size in tree peony ofPaeonia ostiirevealing by genome-wide identification ofSCPLgenes and functional validation”的研究论文。文章通过全基因组与不同转录组的表达谱分析，鉴定并功能验证了一个调控凤丹种子大小的PoSCPL61基因，为提高牡丹种子产量及质量提供了新的基因资源。

　　本研究首次在凤丹牡丹全基因组中鉴定到126个潜在的PoSCPL基因(图1)。系统发育分析表明，该基因家族可分为6个亚组(IA-VI)，不同亚组中的分布并不均匀，Clade II拥有最多的基因(71个)，而Clade V最少(仅有1个)。SCPL基因在Clade IB中的数量比拟南芥高7倍，在Clade IV中的数量比拟南芥高4倍。这些结果表明，SCPL基因在凤丹中发生了扩张。

　　图1. 凤丹SCPL基因家族的系统发育关系

　　同时，研究人员通过种子发育6个阶段(35，49，63，77，91，119DAF)、凤丹8个组织(种子、心皮、叶子、花瓣、萼片、雄蕊、茎、根尖)以及3种非生物逆境胁迫下(干旱、水淹、高温)的转录表达谱分析，筛选到3个作为种子发育以及抗逆的关键参与基因：PoSCPL8、PoSCPL108与PoSCPL61。PoSPCL8在种子中特异性表达;PoSCPL8与PoSCPL61在种子发育的早期高表达(35-49DAF)，后期表达量逐渐下降;而PoSCPL108在种子的整个发育阶段都有较高的表达(35-119DAF)。除此之外，PoSCPL108和PoSCPL61对干旱和高温的响应强于对淹水的响应，PoSCPL108在干旱和高温下保持持续上调表达(图2)。

　　图2.PoSCPLs在8个组织、种子发育阶段、干旱、淹水和高温胁迫下的表达谱。(A) 8个组织，(B)种子发育6个阶段，(C)干旱胁迫，(D)淹水胁迫，(E)高温胁迫

　　通过RT-qPCR验证表明，PoSCPL8、PoSCPL108和PoSCPL61在种子6个发育阶段的表达模式与RNA - seq数据一致。将PoSCPL8与PoSCPL61在烟草中表达，观察亚细胞定位情况，结果表明：分别定位于过氧化物酶体与内质网中。通过将PoSCPL8和PoSCPL61在拟南芥中进行过表达后，将过表达、野生型(WT)和空载(EV)株系相比，结果表明：1)过表达植株表现出明显的早花表型，PoSCPL61更明显;2)过表达PoSCPL61后种子明显变小，而过表达PoSCPL8的种子并未有明显变化(图3)。

　　图3. 转基因PoSCPL8和PoSCPL61基因拟南芥的功能鉴定。(A)PoSCPL8(左)和PoSCPL61(右)载体示意图，(B)转基因植株表型比较，(C)转基因种子长度和宽度表型，(D)种荚数量统计，(E)转基因植株中的相对表达量，(F)种子长度，(G)种子宽度，(H)种子千粒重。

　　为了进一步在牡丹本体验证PoSCPL61的功能，研究人员利用病毒诱导的因沉默(VIGS)抑制该基因在凤丹叶片和种子中的表达。qRT - PCR结果表明，与TRV2空载相比，沉默TRV2-PoSCPL61后的叶片和种子中PoSCPL61的转录水平显著降低。统计发现，TRV2 - PoSCPL61沉默后的植株单个种子(长度、宽度和重量)显著增大、且果实显著变大(图4)。总之，本研究表明PoSCPL61是凤丹牡丹种子大小的负调控因子，这对油用牡丹产业的可持续发展具有重要的现实意义。

　　图4. 沉默PoSCPL61后促进凤丹种子变大。(A) 沉默PoSCPL61后蓝光下凤丹叶片荧光图。(B) 沉默PoSCPL61后蓝光下凤丹种子荧光图。(C)沉默PoSCPL61后牡丹果荚和种子的表型变化。(D) - (E) qRT-PCR分析基因表达。(F)种子长度统计。(G)种子宽度统计。(H)种子重量统计。

　　牡丹组学与种质资源创新研究组胡永红教授级高工和袁军辉研究员为本文共同通讯作者。上海辰山植物园与上海应用技术大学联合培养2025届硕士毕业生赵家彦、李尉涛博士(辰山)和联合培养硕士研究生蒋凤为论文共同第一作者。联合培养硕士研究生张坦、闫旭博士后以及上海应用技术大学秦巧平教授和刘翔副教授也参与了本项研究。

　　本研究受到上海市绿化和市容管理局科学技术项目、上海市中央引导地方科技发展资金项目的资助。