El propósito de Gastrodia es adaptarse a diferentes ambientes de altitud, con las plantas evolucionando hacia un tipo ecológico con entre-nudos tuberosos más cortos y una diversificación en los colores de flores y frutos. Estudiar los mecanismos genéticos de los diferentes tipos ecológicos es importante para guiar la selección de variedades en diferentes áreas de cultivo. El método se basa en datos del genoma completo de Gastrodia negro y rojo para identificar la familia de genes bHLH, y se realizan análisis de la estructura génica, ubicación cromosómica, elementos cis-regulatorios, colinealidad génica y filogenia. Utilizando datos de transcriptomas y PCR cuantitativa en tiempo real (Real-time PCR), se analiza el patrón de expresión de genes bHLH en los tallos de diferentes tipos ecológicos de Gastrodia, junto con análisis y verificación de correlación de color para identificar genes clave que regulan la formación del color en tallos. Los resultados identificaron 63 genes bHLHs tanto en Gastrodia negro como rojo, distribuidos de manera desigual en 17 cromosomas y agrupados en 16 subfamilias, con una expansión significativa en el número de algunos miembros de la familia. Se observaron inversiones y translocaciones cromosómicas evidentes en los genes bHLHs entre los dos ecotipos, con 12 genes como bHLH62-3 y bHLH74 relacionados con el color amarillo brillante de los tallos de Gastrodia rojo, y 9 genes como PIL13, UNE12 y bHLH130 asociados con el color rojo en los tallos de Gastrodia negro. La expresión del gen bHLH48 es significativamente mayor en las flores y brácteas de Gastrodia rojo en comparación con el negro, y bHLH62-3 se expresa significativamente más en todos los órganos de Gastrodia rojo. En conclusión, los miembros de la familia de genes bHLH en Gastrodia negro y rojo han desarrollado vías funcionales divergentes en diferentes cromosomas. Veintiún genes participan en la regulación cooperativa o antagónica de las vías metabólicas de color en tallos, flores y frutos. El gen bHLH62-3 participa en la regulación de la diferenciación de color por la biosíntesis de antocianinas en los tallos y está relacionado con la formación del color de los tallos, mientras que GebHLH48 regula positivamente las vías relacionadas con la floración, promoviendo el fenotipo de floración temprana en Gastrodia rojo. Este estudio sienta bases para los mecanismos genéticos de regulación de la formación del color en tallos de Gastrodia.

Gastrodia rojo; Gastrodia negro; genes bHLHs; color de tallos florales; translocaciones cromosómicas