Das Ziel von Gastrodia besteht darin, sich an unterschiedliche Höhenlagen anzupassen, wobei die Pflanzen ökologische Typen entwickeln, die durch verkürzte Knollensprossabschnitte und eine Diversifizierung der Farbe von Blüten und Früchten gekennzeichnet sind. Die Untersuchung der genetischen Mechanismen verschiedener ökologischer Typen ist wichtig für die Züchtung von Sorten in verschiedenen Anbaugebieten. Die Methode basiert auf vollständigen Genomdaten von schwarzem und rotem Gastrodia zur Identifizierung der bHLH-Genfamilie sowie zur Analyse der Genstruktur, Chromosomenposition, cis-regulatorischen Elemente, Genkollinearität und phylogenetischen Analyse. Unter Verwendung von Transkriptomdaten und Echtzeit-PCR (Real-time PCR) wurde das Expressionsmuster der bHLH-Gene in den Stängeln verschiedener ökologischer Typen untersucht, in Verbindung mit Farbkorrelationsanalysen und Validierung, um Schlüsselmengen regulatorischer bHLH-Gene zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigten 63 bHLHs-Gene in schwarzem und rotem Gastrodia, ungleichmäßig verteilt auf 17 Chromosomen und in 16 Unterfamilien gruppiert, mit einer deutlichen Expansion einiger Genfamilienmitglieder. Zwischen den beiden ökologischen Typen wurden deutliche Inversionen und chromosomale Umlagerungen bei den bHLHs-Genen festgestellt, wobei 12 Gene wie bHLH62-3 und bHLH74 mit der hellgelben Farbe der roten Stängel assoziiert waren, und 9 Gene wie PIL13, UNE12 und bHLH130 mit der roten Farbe der schwarzen Stängel verbunden sind. Die Expression des bHLH48-Gens war in Blüten und Schuppenblättern des roten Gastrodia deutlich höher als im schwarzen, und bHLH62-3 wurde in allen Organen des roten Gastrodia wesentlich stärker exprimiert. Die Schlussfolgerung lautet, dass Mitglieder der bHLH-Genfamilie bei schwarzem und rotem Gastrodia auf verschiedenen Chromosomen funktional divergente Wege entwickelt haben. 21 Gene sind an der kooperativen oder antagonistischen Regulation von Farbstoffwechselwegen in Stängeln, Blüten und Früchten beteiligt. Das bHLH62-3-Gen ist an der Regulierung der Farbdifferenzierung über den Anthocyaninbiosyntheseweg in Stängeln beteiligt und mit der Bildung der Stängelfarbe verbunden, während GebHLH48 den Blühweg positiv reguliert und das Frühblüte-Phänotyp des roten Gastrodia fördert. Diese Studie legt die Grundlage für die genetischen Regulationsmechanismen der Ausbildung der Stängelfarbe bei Gastrodia.

Rotes Gastrodia; Schwarzes Gastrodia; bHLHs-Gene; Blütenstängelfarbe; chromosomale Umlagerungen