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大花紫薇(Lagerstroemia speciosa),千屈菜科紫薇属高大落叶或半落叶乔木,夏花繁茂,花大艳丽且花期长,广泛应用于园林绿化中,具有重要观赏价值。重瓣性是植物关键观赏性状之一,在紫薇属五十余种植物中,暂无重瓣花型的报道。本研究以新颖的重瓣大花紫薇植株为材料,在形态学观察和比较的基础上,对单瓣和重瓣大花紫薇(瓣化)雄蕊发育的三个阶段取样,利用RNA高通量测序技术比较两者转录组差异,筛选差异表达基因并利用WGCNA构建关键基因共表达网络,为大花紫薇乃至紫薇属植物花型研究和重瓣花分子育种奠定基础。本研究主要结果如下:(1)在重瓣大花紫薇中全部雄蕊瓣化,花药部位完全变异成瓣状组织。花器官解剖、花器官发育不同时期石蜡切片观察结果表明,大花紫薇的花器官发育按照常规由外轮到内轮依次分化的顺序,但其花瓣原基单独分化时间短,而后雄蕊和雌蕊同步分化,三者在心皮分裂至闭合后迅速共同生长发育至花朵成熟开放。花蕾直径约为0.3 cm时是雄蕊花药部位分化的关键时期。电镜扫描结果显示在重瓣花瓣和瓣化雄蕊中,表皮细胞壁被纹饰覆盖减小可能导致胞间连接性较单瓣花瓣降低。(2)单、重瓣大花紫薇转录组差异分析表明,激素信号和转录因子对大花紫薇的重瓣化调控作用明显,大部分基因表达显著下调。生长素、茉莉酸、赤霉素信号转导途径基因差异表达最明显。在转录因子调控中,Unigene0022847(AG1)、Unigene0026169(MADS16)、Unigene0056437(AG)三个 MADS-box家族基因具有明显的差异表达,MYB、ERF、bHLH等其他转录因子家族参与重要调控作用。(3)共预测到13个核心调控基因与大花紫薇雄蕊瓣化变异密切相关。同时 4 个花发育同源基因 Unigene0026169 Unigene0042732(AP2)、Unigene0046314(SOC1)、Unigene0056437(AG)对大花紫薇花器官变异具有关键调控作用。WGCNA构建的brown模块基因在单瓣和重瓣大花紫薇中具有稳定差异表达,这些基因在大花紫薇雄蕊瓣化过程中具有保守调控作用,其受花器官发育不同时期影响小。该模块中相关基因在植物激素、转录因子、蛋白修饰或降解和生物胁迫通路上的差异表达对瓣化变异具有重要影响。(4)克隆了与大花紫薇雄蕊瓣化相关的显著差异表达基因Unigene0056437(AG)并构建植物表达载体,瞬时转化烟草证实其定位于细胞核,已遗传转化至野生型拟南芥和ag突变体获得抗性转基因植株。本研究基于转录组比较分析初步解释了大花紫薇重瓣性分子机理,为大花紫薇乃至紫薇属植物重瓣品种培育奠定了基础,为木本观赏植物雄蕊瓣化和花器官发育研究提供了可靠的资源与依据。