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花瓣作为花朵最显眼的器官，主要负责吸引传粉者。然而，在部分被子植物中，花瓣出现缺失，形成无瓣花，这一现象的分子机制长期未明。此前研究认为，毛茛科植物花瓣缺失与APETALA3-3（AP3-3）基因的“不表达”有关，但由于样本有限，相关机制仍存在争议。

毛茛科9种植物的花部器官（左）、AP3类基因的表达模式（中）和AP3-3基因的结构比较（右）。中图中蓝、黄和红色柱子分别表示AP3-1、AP3-2和AP3-3的表达量。

中国科学院植物研究所孔宏智研究组联合多位合作者，对毛茛科多个物种进行了系统研究。结果显示，毛茛科花瓣的多次丢失属于平行进化现象，且与AP3-3基因“不表达”密切相关。具体机制因分支不同而异：在大马士革黑种草（Nigella damascena）无花瓣品种中，转座子插入导致AP3-3基因完全沉默，并促使花瓣向花萼同源异型转变；在野生瓣蕊唐松草（Thalictrum petaloideum）中，AP3-3基因已完全丢失；铁破锣（Beesia calthifolia）和拟扁果草（Enemion raddeanum）则因编码区和调控区碱基缺失，导致基因无法正常表达；铁线莲属（Clematis）中，该基因表现为假基因，表达量极低。

研究表明，AP3-3是毛茛科花瓣发育的关键基因，但在不同分支中通过不同机制被沉默或下调。此外，虽然AP3-3沉默可导致花瓣缺失，但在野生无花瓣物种中，AP3-3结构缺陷和表达量下降可能是花瓣缺失的结果，而非原因。

该研究澄清了花瓣缺失与AP3-3基因表达的关系，为揭示毛茛科及其他类群花瓣多次丢失的分子机制提供了重要基础。研究成果于2024年3月11日在线发表于《PNAS》，张睿、国春策、张文根为并列第一作者，项目获得国家科技部和国家自然科学基金委资助。