近日，东北农业大学园艺学院观赏园艺作物育种团队取得了重要进展，团队教授周爱民作为通讯作者之一，在国际知名学术期刊《Molecular Horticulture》（五年影响因子达11.0）上发表了最新研究成果。该论文题为“Golden leaf formation of Populus nigra is associated with the up-regulation of Stay-Green expression”，深入揭示了金叶黑杨独特叶色形成的分子机制，为未来金叶观赏植物的品种创制及种质资源拓展提供了崭新的理论依据与技术路径。
在观赏植物领域，彩叶品种因其卓越的景观效果而备受青睐，往往具备更高的经济价值。作为杨柳科杨属落叶乔木黑杨的一个变种，金叶黑杨的叶片呈现出迷人的金黄色泽。研究团队通过色素分析发现，这种独特的表型主要归因于叶片内叶绿素积累量的显著降低。众所周知，叶绿素代谢涵盖初卟啉原IX生物合成、叶绿素生物合成以及叶绿素分解代谢三大过程，其中任一环节的合成受阻或分解加速均可能导致叶绿素含量下降，从而诱发金叶性状。
为了探寻其背后的遗传调控机理，研究人员对叶绿素代谢相关基因的表达情况进行了细致剖析。结果发现，作为叶绿素分解代谢途径中首个限速酶脱镁螯合酶（PnSGR），在金叶黑杨中表现出异常高的表达水平。该酶的主要功能是直接催化叶绿素降解为脱镁叶绿素a（Pheo a）。亚细胞定位实验证实PnSGR主要分布于叶绿体中，而进一步的瞬时及稳定过表达实验显示，当该基因在烟草和84K杨树中过量表达时，受体植株均呈现出明显的金叶表型；与此同时，这些转基因植株叶片中的叶绿素含量大幅减少，而脱镁叶绿素a的含量则显著上升，这与金叶黑杨的自然性状高度一致。
研究并未止步于此，团队通过对启动子区域的深入分析发现了关键线索：与野生型（WT）相比，金叶黑杨中的PnSGR（JY）启动子区域发生了变异，特异性地新增了三个光应答顺式作用元件。在不同光照时长的处理实验中，金叶黑杨体内的PnSGR基因表达水平确实显著高于野生型。综合各项证据，该研究阐明了金叶黑杨叶色形成的完整逻辑链条：即PnSGR启动子的变异引入了额外的光应答元件，从而增强了光照条件下该基因的转录活性，加速了叶绿素向脱镁叶绿素a的降解过程，最终导致了金叶表型的形成。
这一成果不仅深化了学界对金叶植物叶色成因的认知，更为今后利用分子育种技术创制新型金叶观赏植物奠定了坚实基础。该项研究工作由园艺园林学院周爱民教授与国资处大型仪器共享平台实验师冯爽共同担任通讯作者，硕士研究生付婉婷和李梓萌为共同第一作者。
