许操研究组报道基于演化发育学的跨物种个性化定制育种中国科学院遗传与发育生物学研究所

许操研究组报道基于演化发育学的跨物种个性化定制育种

发布时间:2026.03.31

作物过度集中选育导致的“遗传瓶颈（Genetic bottleneck）”和品种同质化“内卷”，已成为制约我国生物育种高质量发展的堵点难题。2026年3月28日，中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究组在 Advanced Science 上发表了题为“BLADE-ON-PETIOLE Genes Enable Genetic Bottleneck Mitigation Through Cross-Species Repurposing of Floral Persistence Traits”的研究论文。与大规模测序鉴定更多基因的思路不同，该研究将作物演化发育学(Evo-devo)与我国农业产业对不同作物的个性化需求相结合，创建跨物种个性化定制育种策略，成功将果蔬育种中的“不可用基因”变为花卉育种的“可用基因”，为突破生物育种遗传瓶颈提供新路径。

植物花器官的衰老与脱落，是影响农业生产和商品价值的重要性状，但其育种价值在不同植物中存在显著差异。在番茄等果蔬作物中，花器官授粉后若不能及时衰老脱落，一方面会持续消耗植株养分，挤占果实发育所需营养，导致产量下滑；另一方面，残留花瓣会营造高湿微环境，增加病原菌侵染风险，还易在果实表面形成疤痕，降低果实商品价值。因此，延迟花器官衰老脱落，在果蔬育种中是典型的不利性状。而在花卉尤其是鲜切花中，花器官寿命、脱落时间直接决定花朵观赏周期与货架期，延缓衰老脱落、延长花朵绽放时长，是提升市场竞争力的关键目标。同一性状在不同物种中的价值差异，为跨物种重新定义基因价值提供了基础。

研究团队以番茄为研究模式，系统解析了蛋白相分离参与调控花器官程序化脱落的新机制。BLADE-ON-PETIOLE（BOP）蛋白是脱落启动的重要调控因子，该研究揭示番茄中3个SlBOP基因协同促进脱落区特化细胞层形成，从而控制花器官衰老与脱落。进一步研究发现，SlBOP蛋白含有典型内在无序区（IDRs），能够发生液-液相分离，并与转录因子TFAM1形成异质性转录凝聚体，激活下游脱落基因SlATH1表达，精准调控脱落区细胞分化，进而控制花器官程序化脱落。Slbop1/2/3 tfam1突变体花器官不脱落，果实畸形。

基于对上述机制的深入理解，研究团队将相关知识迁移至茄科花卉植物矮牵牛。通过精准编辑PhBOP基因，获得了花冠不脱落且衰老显著延迟的矮牵牛新种质。与野生型相比，Phbop1/2/3三突变体花朵盛花期延长约一周，这意味着更长的展示期和货架期，提升商业价值；花冠冠幅变大、高度降低，观赏性显著提升。此外，该突变体表现出无花粉特性，对花粉过敏人群友好，具有良好的鲜切花应用潜力。

在番茄中被视为“负效应”的BOP相关突变，在矮牵牛中却可转化为优良育种性状，这种“汝之砒霜，吾之蜜糖”的跨物种遗传效应打破了传统对“可用基因”与“不可用基因”的单一认知，为通过作物衍化发育生物学盘活现有遗传资源、丰富分子设计育种基因库、缓解育种遗传瓶颈提供了新的实践路径。

中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究组已毕业博士研究生肖楠和在读博士研究生吕倩雯为该论文共同第一作者，黄小珍副研究员为独立通讯作者，许操研究员指导了这项研究，张廷浩、邹玉盼、谢跃、杨丹丹对该工作做出了重要贡献。该研究得到乡村振兴农业科技项目、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等的资金支持。