O objetivo de Gastrodia é adaptar-se a diferentes ambientes de altitude, com as plantas evoluindo para um tipo ecológico que apresenta encurtamento dos entrenós dos tubérculos e diversificação da coloração das flores e frutos. O estudo dos mecanismos genéticos dos diferentes tipos ecológicos é importante para orientar o melhoramento de variedades em diferentes regiões de cultivo. O método baseia-se em dados do genoma completo de Gastrodia preta e vermelha para identificar a família de genes bHLH, realizando análises da estrutura gênica, localização cromossômica, elementos cis-regulatórios, colinearidade gênica e análise filogenética. Combinando dados de transcriptoma e reação em cadeia da polimerase em tempo real (Real-time PCR), analisou-se o padrão de expressão dos genes bHLH nos caules de diferentes tipos ecológicos de Gastrodia, junto com análise e validação da correlação da cor, visando identificar genes chave de bHLH que regulam a formação da cor do caule. Os resultados identificaram 63 genes bHLHs em Gastrodia preta e vermelha, distribuídos de forma desigual em 17 cromossomos e agrupados em 16 subfamílias, com expansão significativa do número de alguns membros da família. Nos dois tipos ecológicos houve inversões evidentes e transposições cromossômicas nos genes bHLHs, dos quais 12 genes como bHLH62-3 e bHLH74 estão relacionados à cor amarelo brilhante do caule de Gastrodia vermelha, e 9 genes como PIL13, UNE12 e bHLH130 estão associados à cor vermelha do caule de Gastrodia preta. A expressão do gene bHLH48 é significativamente maior nas flores e brácteas de Gastrodia vermelha em comparação com a preta, e bHLH62-3 apresenta expressão significativamente maior em todos os órgãos da Gastrodia vermelha. A conclusão é que os membros da família de genes bHLH em Gastrodia preta e vermelha desenvolveram vias funcionais diferenciadas em diferentes cromossomos, e 21 genes participam, de maneira cooperativa ou antagonista, na regulação dos caminhos metabólicos de pigmentação dos caules, flores e frutos. O gene bHLH62-3 participa da regulação da diferenciação da cor através da via de biossíntese de antocianina nos caules, estando relacionado à formação da cor do caule, enquanto GebHLH48 regula positivamente as vias relacionadas à floração, promovendo o fenótipo de floração precoce em Gastrodia vermelha. Este estudo estabelece bases para os mecanismos genéticos da regulação da formação da cor dos caules de Gastrodia.

Gastrodia vermelha; Gastrodia preta; genes bHLHs; cor dos caules florais; transposições cromossômicas