Двойной цветок связан с дефектами в гене, подобном Phantastica, у Catharanthus roseus

Почему некоторые садовые цветы вырастают с дополнительным рядом лепестков

Садоводы давно ценят двойные цветы: дополнительные лепестки придают соцветиям пышный, розоподобный вид. У аптении мадагаскарской, широко используемой в цветниках и дающей важные лекарственные соединения, некоторые сорта сохраняют нормальные тычинки и пестики, но образуют дополнительный ряд лепестков и слегка скрученные листья. В этом исследовании выявлена ключевая генетическая замена, приводящая к таким нарядным цветкам, что открывает новый путь, по которому растения могут перестраивать соцветия, и даёт селекционерам новый инструмент для создания эффектных сортов.

От аккуратных пяти лепестков к витиевым двойным цветам

У дикого типа аптения мадагаскарской каждый цветок имеет пять чашелистиков, пять лепестков, пять тычинок и один пестик, расположенные в простой звездообразной схеме. У сорта с двойными цветками, продаваемого под названиями вроде Sunny Princess, этот базовый набор сохраняется, но у основания каждого оригинального лепестка появляется ещё один, формируя второй круг окраски. У таких растений также наблюдаются скрученные листья, вызванные снижением удлинения листовой пластинки в процессе роста. Предыдущие работы указывали, что признак двойного цветка наследуется как одиночный рецессивный ген; здесь авторы подтвердили это, скрестив простые и двойные растения и проследив признак у сотен потомков второго поколения.

В поисках гена, отвечающего за дополнительные лепестки

Чтобы найти ответственный ген, команда применила мощный картографический подход, сравнивая ДНК многих растений с двойными цветками и ДНК растений с одиночными цветками. Они секвенировали полные геномы из объединённых образцов каждого типа и искали участки, где генетические варианты сильно коррелировали с наличием двойных соцветий. Выделился один регион на хромосоме 1. Добавив классическое картирование маркерами в большой семье второго поколения, они сузили область до отрезка, содержащего 82 гена. Один ген особенно выделялся в линиях с двойными цветками: небольшая делеция из одного основания в начале гена сдвигала рамку считывания и обрезала кодируемый белок до короткого, вероятно нефункционального фрагмента.

«Фантастический» ген с особым поворотом

Повреждённый ген оказался родственником PHANTASTICA — известного семейства генов растений, участвующих в формировании листьев и других органов. Авторы назвали этот ген аптении PHANTASTICA-подобным, или CrPHAL, и обнаружили второй связанный ген, названный CrPHAN. В то время как CrPHAN близко соответствует классическим генам PHANTASTICA из других видов, CrPHAL образует отдельную ветвь в семейном древе и несёт дополнительные сегменты в последовательности белка, что указывает на особую роль. Во всех протестированных линиях с двойными цветками CrPHAL был разрушен либо той же самой сдвиговой делецией, либо независимой мутацией с ранним стоп-кодоном, тогда как CrPHAN не показывал явных разрушающих изменений. Такая сильная связь между нефункциональным CrPHAL и двойными цветками указывает на то, что утрата функции CrPHAL позволяет формироваться дополнительным лепесткам.

Чем этот путь отличается от классических генов «идентичности» цветка

Во многих видах двойные цветы возникают, когда базовые «ABC»-гены идентичности цветка неправильно работают и превращают тычинки или завязи в дополнительные лепестки, часто в ущерб плодородию. У аптении же двойные цветы отличаются: все четыре типа органов остаются присутствующими и узнаваемыми, и растения по-прежнему дают жизнеспособные тычинки и пестики. Авторы сопоставили свои результаты со статьями по Arabidopsis, томату, львиному зеву, табаку, кукурузе и другим растениям, где гены, сходные с PHANTASTICA, в основном контролируют форму листа и плоскостной рост листовой пластинки. В томате и в некоторых других случаях снижение активности PHANTASTICA может увеличивать число лепестков, но зачастую также снижает количество тычинок. В отличие от этого, у аптении с разрушенным CrPHAL количество лепестков увеличивается без потери тычинок, а эксперименты на мутантах Arabidopsis не воспроизвели аптенциеподобные двойные цветы при различных температурах. В совокупности эти сравнения показывают, что у CrPHAL и его родственников есть частично общие, но также и расходящиеся роли у разных видов.

Что это означает для садов и эволюции растений

Для неспециалиста вывод прост: тонкий дефект в одном гене, помогающем направлять развитие листьев и цветов, может превратить обычную пяти лепестковую аптению в более пышный двойной сорт с лишь незначительными побочными эффектами на форму листьев. Поскольку такие растения по‑прежнему дают семена и пыльцу, селекционерам легко скрещивать их и сочетать признак двойного цветка с другими желательными свойствами — новыми окрасками или типом роста. Работа также показывает, что растения могут достигать внешне схожих двойных соцветий путями, отличными от классических генов идентичности цветка, что указывает на скрытую гибкость в том, как цветки эволюционируют новые формы.

Цитирование: Tomomatsu, K., Tsuji, T., Koyama, T. et al. Double flower is associated with defects in a Phantastica-like gene in Catharanthus roseus. Sci Rep 16, 15239 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46883-2

Ключевые слова: двойные цветы, аптенция мадагаскарская, генетика цветов, садовое селекционирование, ген, сходный с PHANTASTICA