枸杞（Lycium barbarum L.）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是制约产业发展的重要瓶颈，该特性使枸杞枝条持续抽生、分期开花结果，单枝同时存在不同发育时期的花果，无法实现机械化采收，严重限制了枸杞规模化、产业化发展。

在部分农作物育种中，选育顶生开花、花果同步、株型紧凑的有限生长种质，是实现机械化采收、降本增效的有效手段。但目前枸杞无限/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枸杞新品种定向选育。

针对上述产业难题，中国科学院华南植物园植物资源研发团队通过构建宁夏枸杞F1杂交群体，选取无限生长型（N）、有限生长型封顶前（TB）、有限生长型封顶后（TA）三类关键材料开展研究。扫描电镜观察表明，两种生长类型枸杞的茎尖发育模式存在显著差异（图1）。在无限生长枝条中，顶端持续生长；相比之下，在有限生长枝条中，顶端发生封顶前的生长与无限生长枝条相似，但当顶端出现顶生花序分生组织时，茎尖生长便停止，随即由营养生长转为生殖生长。

研究团队进一步对三份试验样本开展比较转录组分析，筛选获得15个调控枸杞开花与茎尖生长确定性的候选基因，并重点对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。由于宁夏枸杞的稳定遗传转化体系尚未建立，该团队转而选用其近缘物种黑果枸杞（BGB, Lycium ruthenicum），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以功能互补的差异化方式调控枸杞株型建成（图1）。LbSP1单突变体可形成顶生穗状花序，枝条紧凑；LbSP5G1单突变体产生多花花序，单枝坐果数增加，并丧失了光周期敏感性，整体开花更早。而LbSP1+LbSP5G1双突变体整合了两种单突变的优良性状，表现出株型更紧凑、开花更早、花序密度更高的特征。从数量性状上看，双突变体在所有产量相关性状上均优于单突变体和野生型（WT），平均单株产量达到174.94克——几乎是野生型植株（约55–65克）的三倍——同时具有最高的单枝和单节果实密度。蛋白互作测定进一步揭示了这种功能分化的机制基础，并由此提出了PEBP核心调控网络（图1）：其中LbSP5G1作为直接相互作用枢纽，LbSP1作为依赖环境条件的调节因子，二者共同平衡枸杞中的分生组织维持和生殖转变。

该研究基于转录组学和基因编辑技术，鉴定并证明敲除两个保守的开花调控基因LbSP1和LbSP5G1，能够将枸杞枝条的无限生长习性转变为紧凑的有限生长结构，实现开花同步并提高产量，为培育紧凑、适宜机械化采收的枸杞品种提供了分子框架，标志着枸杞作物改良现代化迈出了重要一步。

近日，相关研究成果以“CRISPR/Cas9-mediated knockout of LbSP1 and LbSP5G1 reveals efficient customization of shoot architecture in black goji berry”为题近日发表在国际权威期刊Plant Biotechnology Journal上。中国科学院华南植物园Fazal Rehman博士后（已出站）和刘焕芳助理研究员为共同第一作者，王瑛研究员为通讯作者，硕士生马云（已毕业）、吴妍，曾少华研究员，杨超副研究员，以及香港浸会大学宗渊博士为论文共同作者。该研究在实验过程中得到了李玉萍助理研究员、硕士生石怡和中国科学院遗传与发育研究所曹晓风教授的帮助，并得到了国家自然科学基金、广东省科技计划项目、中国科学院战略性先导科技专项以及广东省重点研发计划的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70753

图1.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