花器官作為有花植物的重要繁殖系統，是物種形成與多樣化的關鍵。在人類對植物馴化栽培和育種過程中，花器官數量決定其產量、品質及育種成敗。牡丹（Paeonia suffruticosa）屬于芍藥科芍藥屬植物，其花形態多樣。出于對重瓣花的偏愛，人們在漫長的馴化栽培和選擇過程中對花瓣數目進行了持續選擇，導致牡丹花瓣、雄蕊和心皮數量表現出豐富的變異，但其遺傳調控網絡仍是未解之謎。
中國科學院植物研究所芍藥科多樣性與種質創新研究團隊針對牡丹栽培品種群體表型豐富的變異，基于全基因組關聯研究（GWAS）和表達數量性狀位點（eQTL），重點解析了花器官數量多態性和遺傳變異機制。科研人員以牡丹栽培品種群體為范式，在對271個廣泛栽培的牡丹品種的24個表型性狀進行調查基礎上，篩選出花瓣數、雄蕊數和心皮數變異豐富的119個代表品種進行轉錄組測序，檢測到52,280個基因，鑒定出407,561個高置信度SNPs。研究采用關聯分析（GWAS）和表達性狀數量性狀位點（eQTL）分析，揭示了花器官數量相關基因的等位變異。在此基礎上，研究采用加權基因共表達網絡分析（WGCNA），鑒定出3,066、721和96個順式作用eQTL位點（cis-eQTLs）分別調控356、122和15個基因參與花瓣、雄蕊和心皮數量遺傳調控網絡。研究通過計算模塊特征基因連通性值，鑒定出19個hub基因并構建了共表達網絡（其中11個基因受GWAS相關cis-eQTLs調控）。進一步分析發現AP3、AGL6和SEP3/AGL9的cis-eQTLs會導致花瓣數目顯著差異；SEP2/AGL4、SEP3/AGL9和PI-1的cis-eQTLs會導致雄蕊數目顯著差異；SEP2/AGL4和SEP3/AGL9的cis-eQTLs會導致心皮數目顯著差異。研究團隊通過不同發育時期花芽的轉錄組對上述結果進行了驗證，提出了牡丹花器官數量變異調控網絡模型。該研究為解析牡丹馴化過程中花器官數量變異的遺傳基礎和產量調控提供了思路，并為牡丹高產優質育種奠定了理論基礎。