北京
菊花（Chrysanthemum morifolium Ramat.）原产中国，兼具观赏、药用、茶用与食用价值，是中国十大传统名花和世界四大切花之一，在全球广泛栽培。栽培菊花多为六倍体及非整倍体，庞大且高度杂合的基因组以及复杂的遗传背景，为系统解析其重要性状背后的分子机理带来了巨大挑战。但近年来，随着组学技术的快速进步，菊花研究也逐渐迈入了分子时代。
近日，南京农业大学陈发棣教授课题组在《科学通报》生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑发表了题为“菊属多组学与菊花分子育种研究进展”的综述文章，系统梳理了菊属植物基因组测序以及多组学整合方法、转基因以及基因编辑育种技术、分子标记辅助选择以及全基因组选择育种技术等，同时还分析了当前菊花分子育种研究面临的关键问题，提出相应应对策略并展望了未来发展方向。
2018年以来，全球研究机构完成了多个代表性菊属植物的基因组测序，实现了染色体级别的基因组组装，包括二倍体菊花脑（C. nankingense）、甘菊（C. lavandulifolium）、甘野菊（C. seticuspe）、龙脑菊（C. makinoi）、野菊（C. indicum）和神农香菊（C. aromaticum）以及六倍体菊花等。借助高质量基因组，多组学技术（包括转录组，表观组，单细胞组等）在关键基因挖掘和复杂性状形成机制解析上实现广泛应用。然而，鉴于栽培菊花复杂的节段异源六倍体与高度杂合的遗传背景，多组学分析深度和精度的提升还需要更为完善的基因组信息，如组装完整性与注释质量提升、泛基因组构建、重复序列与着丝粒区域解析等，以进一步支撑关键基因挖掘。
在遗传功能验证上，随着研究手段的进步，以转基因、基因编辑为核心的分子技术在解析菊花基因功能、实现性状定向改良上发挥着关键作用。菊花主要观赏性状（如花色、花型、株型和花期等）、抗逆性状（如耐涝、耐旱、耐盐、抗黑斑病、抗枯萎病和抗蚜等）、采后衰老、功能性成分（如黄酮、酚酸、萜类等）等调控机制已得到解析，为开展菊花分子育种提供了关键候选位点（图1）。栽培菊花复杂的遗传背景（遗传转化的基因型依赖、多拷贝序列多态性、功能冗余、靶点设计挑战等）显著制约了传统转基因育种和基因编辑体系的实现，增加了遗传改良难度。因此，在构建高质量基因组的基础上，通过系统性方法学策略，如等位基因与顺式作用元件挖掘，靶点设计，转基因和基因编辑体系优化等，有望进一步克服这些技术瓶颈。
图1 菊花重要性状形成的核心调控基因网络
基因组的破译也为分子标记开发、全基因组选择等研究提供了坚实基础。当前，基于基因组测序的SNP/InDel标记在菊花遗传图谱构建、QTL定位、GWAS、BSA-seq等基因定位研究中已得到广泛应用。南京农业大学菊花遗传与种质创新利用团队基于收集的346份菊花及近缘种属植物的核心种质，开发了高密度的SNP标记，为定位关键性状的显著位点和候选基因奠定基础。而全基因组选择对微效多基因控制、遗传力偏低的复杂数量性状具有更高的预测准确度，且不依赖QTL定位和表型测量，支持多性状同步预测，可大幅度缩短育种周期，在菊花育种中展现出广阔的应用前景，但其跨群体研究仍需系统性评估。
总之，随着多组学、基因编辑、人工智能等技术的快速发展，菊花基因组学与分子研究将朝着精准化、系统化、智能化的方向迈进（图2）。文中也提出了菊花分子育种领域未来重点发展方向：（1）完善菊属植物泛基因组与单倍型图谱；（2）优化菊花精准基因编辑体系；（3）开发高通量、低成本分子育种技术；（4）构建智能化菊花多组学整合数据库。
图2 菊花未来分子育种工作的系统性框架
南京农业大学菊花遗传与种质创新利用团队陈发棣教授为论文通讯作者，相关研究得到了国家自然科学基金（32341048、32102421、32522095）、国家自然科学基金区域联合项目（U24A20422）、江苏省种业振兴揭榜挂帅项目（JBGS〔2021〕020）、国家现代农业产业技术体系项目（CARS-23-A18）资助。
文章信息
王振兴，何彦泽，苏江硕，等.菊属多组学与菊花分子育种研究进展. 科学通报, 2026, 71 (20): 4782-4798.
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