許操研究組揭示蛋白相分離參與調控花器官程序化脫落新機制，跨物種改良讓不可用基因“枯木生花”，

作物過度集中選育導致的“遺傳瓶頸 (Genetic bottleneck) ”和品種同質化“內卷”，已成為制約我國生物育種高質量發展的堵點難題。近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所許操研究組在Advanced Science上發表了題為BLADE-ON-PETIOLE Genes Enable Genetic Bottleneck Mitigation Through Cross-Species Repurposing of Floral Persistence Traits的研究論文。與大規模測序鑒定更多基因的思路不同，該研究將作物演化發育學(Evo-devo)與我國農業產業對不同作物的個性化需求相結合，創建跨物種個性化定制育種策略，成功將果蔬育種中的“不可用基因”變為花卉育種的“可用基因”，為突破生物育種遺傳瓶頸提供新路徑。

植物花器官的衰老與脫落，是影響農業生產和商品價值的重要性狀，但其育種價值在不同植物中存在顯著差異。在番茄等果蔬作物中，花器官授粉后若不能及時衰老脫落，一方面會持續消耗植株養分，擠占果實發育所需營養，導致產量下滑；另一方面，殘留花瓣會營造高濕微環境，增加病原菌侵染風險，還易在果實表面形成疤痕，降低果實商品價值。因此，延遲花器官衰老脫落，在果蔬育種中是典型的不利性狀。而在花卉尤其是鮮切花中，花器官壽命、脫落時間直接決定花朵觀賞周期與貨架期，延緩衰老脫落、延長花朵綻放時長，是提升市場競爭力的關鍵目標。同一性狀在不同物種中的價值差異，為跨物種重新定義基因價值提供了基礎。

研究團隊以番茄為研究模式，系統解析了蛋白相分離參與調控花器官程序化脫落的新機制。BLADE-ON-PETIOLE（BOP）蛋白是脫落啟動的重要調控因子，該研究揭示番茄中3個SlBOP基因協同促進脫落區特化細胞層形成，從而控制花器官衰老與脫落。進一步研究發現，SlBOP蛋白含有典型內在無序區（IDRs），能夠發生液-液相分離，并與轉錄因子TFAM1形成異質性轉錄凝聚體，激活下游脫落基因SlATH1表達，精準調控脫落區細胞分化，進而控制花器官程序化脫落。Slbop1/2/3 tfam1突變體花器官不脫落，果實畸形。

基于對上述機制的深入理解，研究團隊將相關知識遷移至茄科花卉植物矮牽牛。通過精準編輯PhBOP基因，獲得了花冠不脫落且衰老顯著延遲的矮牽牛新種質。與野生型相比，Phbop1/2/3三突變體花朵盛花期延長約一周，這意味著更長的展示期和貨架期，提升商業價值；花冠冠幅變大、高度降低，觀賞性顯著提升。此外，該突變體表現出無花粉特性，對花粉過敏人群友好，具有良好的鮮切花應用潛力。

在番茄中被視為“負效應”的BOP相關突變，在矮牽牛中卻可轉化為優良育種性狀，這種“汝之砒霜，吾之蜜糖”的跨物種遺傳效應打破了傳統對“可用基因”與“不可用基因”的單一認知，為通過作物衍化發育生物學盤活現有遺傳資源、豐富分子設計育種基因庫、緩解育種遺傳瓶頸提供了新的實踐路徑。

圖. 花器官程序化脫落的調控機制及跨物種個性化定制育種應用

中國科學院遺傳與發育生物學研究所許操研究組已畢業博士研究生肖楠和在讀博士研究生呂倩雯為該論文共同第一作者，黃小珍副研究員為獨立通訊作者，許操研究員指導了這項研究，張廷浩、鄒玉盼、謝躍、楊丹丹對該工作做出了重要貢獻。該研究得到北京市鄉村振興農業科技項目、國家自然科學基金委、中國科學院青年創新促進會等的資金支持。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202517112