在國家自然科學基金、廣東省科技計劃等項目資助下，中國科學院華南植物園研究員王瑛團隊與合作者，在枸杞（Lycium barbarum L.）生長習性調控機制研究方面取得重要進展。相關成果近日發表于《植物生物技術雜志》（Plant Biotechnology Journal）。
莖尖無限與有限生長類型的掃描電子顯微鏡觀察，以及CRISPR/Cas9敲除LbSP1和LbSP5G1對枸杞莖尖分生組織發育及地上部形態重建作用，揭示了有限生長和高產背后的PEBP核心調控網絡。研究團隊供圖
枸杞是兼具營養與藥用價值的多年生木本經濟作物，產業價值突出。但其典型的無限花序特性已成為制約產業發展的關鍵瓶頸——枝條持續抽生、分期開花結果，同一枝條上花果發育階段不一，難以實現機械化采收，嚴重限制了枸杞的規模化與產業化進程。
在部分作物育種中，選育頂生開花、花果同步、株型緊湊的有限生長種質，已被證明是降低采收成本、提升機械化水平的有效途徑。然而，枸杞無限/有限生長習性的分子調控機制尚不明確，極大阻礙了適配機械化采收的新品種定向選育。
針對這一產業難題，研究團隊構建了寧夏枸杞F1雜交群體，選取無限生長型（N）、有限生長型封頂前（TB）及封頂后（TA）三類關鍵材料開展系統比較。掃描電鏡觀察顯示，兩種生長類型的莖尖發育模式差異顯著：無限生長枝條頂端持續生長；有限生長枝條在封頂前的生長模式與無限型相似，但一旦頂端出現頂生花序分生組織，莖尖生長即停止，由營養生長轉為生殖生長。
在此基礎上，團隊通過比較轉錄組分析，篩選出15個調控枸杞開花及莖尖生長確定性的候選基因，重點對SP-like家族基因LbSP1及番茄SlSP5G的枸杞同源基因LbSP5G1進行功能驗證。鑒于寧夏枸杞穩定遺傳轉化體系尚未建立，研究采用其近緣種黑果枸杞，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術成功獲得了單敲除和雙敲除株系。
表型分析表明，LbSP1與LbSP5G1以功能互補但方式不同的策略調控株型建成：LbSP1單突變體形成頂生穗狀花序，枝條趨于緊湊；LbSP5G1單突變體花序增多、單枝坐果數增加，同時喪失光周期敏感性，整體開花提前。而LbSP1+LbSP5G1雙突變體整合了兩者的優良性狀，表現為株型更緊湊、開花更早、花序密度更高。從產量性狀看，雙突變體在所有考察指標上均優于單突變體和野生型，平均單株產量達174.94克，約為野生型（55-65克）的三倍，且單枝和單節果實密度均為最高。蛋白互作實驗進一步揭示了功能分化的分子基礎，據此提出PEBP核心調控網絡模型：LbSP5G1作為直接互作樞紐，LbSP1充當環境條件依賴的調節因子，二者協同平衡枸杞的分生組織維持與生殖轉變。
該研究借助轉錄組學與基因編輯技術，證實敲除LbSP1和LbSP5G1兩個保守開花調控基因，可將枸杞的無限生長習性轉變為緊湊的有限生長結構，實現開花同步并顯著提高產量，為培育適宜機械化采收的枸杞新品種提供了分子框架，標志著枸杞作物改良向現代化邁出了重要一步。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.70753
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