重塑枸杞生长习性研究获重要进展

重塑枸杞生长习性研究获重要进展

在国家自然科学基金、广东省科技计划等项目资助下，中国科学院华南植物园研究员王瑛团队与合作者，在枸杞（ Lycium barbarum L.）生长习性调控机制研究方面取得重要进展。相关成果近日发表于《植物生物技术杂志》（ Plant Biotechnology Journal ）。

茎尖无限与有限生长类型的扫描电子显微镜观察，以及CRISPR/Cas9敲除 LbSP1 和 LbSP5G1 对枸杞茎尖分生组织发育及地上部形态重建作用，揭示了有限生长和高产背后的PEBP核心调控网络。研究团队供图

枸杞是兼具营养与药用价值的多年生木本经济作物，产业价值突出。但其典型的无限花序特性已成为制约产业发展的关键瓶颈——枝条持续抽生、分期开花结果，同一枝条上花果发育阶段不一，难以实现机械化采收，严重限制了枸杞的规模化与产业化进程。

在部分作物育种中，选育顶生开花、花果同步、株型紧凑的有限生长种质，已被证明是降低采收成本、提升机械化水平的有效途径。然而，枸杞无限/有限生长习性的分子调控机制尚不明确，极大阻碍了适配机械化采收的新品种定向选育。

针对这一产业难题，研究团队构建了宁夏枸杞F1杂交群体，选取无限生长型（N）、有限生长型封顶前（TB）及封顶后（TA）三类关键材料开展系统比较。扫描电镜观察显示，两种生长类型的茎尖发育模式差异显著：无限生长枝条顶端持续生长；有限生长枝条在封顶前的生长模式与无限型相似，但一旦顶端出现顶生花序分生组织，茎尖生长即停止，由营养生长转为生殖生长。

在此基础上，团队通过比较转录组分析，筛选出15个调控枸杞开花及茎尖生长确定性的候选基因，重点对SP-like家族基因 LbSP1 及番茄SlSP5G的枸杞同源基因 LbSP5G1 进行功能验证。鉴于宁夏枸杞稳定遗传转化体系尚未建立，研究采用其近缘种黑果枸杞，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功获得了单敲除和双敲除株系。

表型分析表明， LbSP1 与 LbSP5G1 以功能互补但方式不同的策略调控株型建成： LbSP1 单突变体形成顶生穗状花序，枝条趋于紧凑； LbSP5G1 单突变体花序增多、单枝坐果数增加，同时丧失光周期敏感性，整体开花提前。而 LbSP1 + LbSP5G1 双突变体整合了两者的优良性状，表现为株型更紧凑、开花更早、花序密度更高。从产量性状看，双突变体在所有考察指标上均优于单突变体和野生型，平均单株产量达174.94克，约为野生型（55-65克）的三倍，且单枝和单节果实密度均为最高。蛋白互作实验进一步揭示了功能分化的分子基础，据此提出PEBP核心调控网络模型：LbSP5G1作为直接互作枢纽，LbSP1充当环境条件依赖的调节因子，二者协同平衡枸杞的分生组织维持与生殖转变。

该研究借助转录组学与基因编辑技术，证实敲除 LbSP1 和 LbSP5G1 两个保守开花调控基因，可将枸杞的无限生长习性转变为紧凑的有限生长结构，实现开花同步并显著提高产量，为培育适宜机械化采收的枸杞新品种提供了分子框架，标志着枸杞作物改良向现代化迈出了重要一步。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.70753

主题：枸杞|有限生长|PEBP核心调控网络