The Crop Journal | 刁现民团队联合冯佰利团队发现硼转运蛋白SiBOR1调控谷子穗发...

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谷子（Setaria italica）是我国原产作物，因其二倍体基因组小、高效转化、生育期短、单穗结实多等特点，正在快速发展为禾本科和C₄光合作用的模式植物。禾谷类作物穗分枝和小花发育对最终产量形成有重要影响。硼（B）作为植物生长发育必需的微量元素，主要参与细胞壁中RG-Ⅱ的交联，维持细胞壁完整性和细胞膜稳定性等。硼缺乏或过量毒害影响植物的开花结实，直接影响作物的产量。目前硼对穗部性状调控的遗传和分子机制研究知之甚少。

近日，中国农业科学院作物科学研究所刁现民团队联合西北农林科技大学冯佰利团队在The Crop Journal在线发表了题为“The boron transporter SiBOR1 functions in cell wall integrity, cellular homeostasis, and panicle development in foxtail millet”的研究论文，发现硼转运蛋白SiBOR1调控谷子细胞壁完整性，细胞稳态以及穗发育，为谷子及禾谷类作物穗发育调控机制提供新的见解。

作者从豫谷1号 EMS突变体库中筛选到穗顶端坏死、一级分枝减少、结实降低表型的突变体（sibor1）。混池测序结果证实，突变体在SiBOR1基因的第7外显子处存在G到A的突变，造成第241位脯氨酸转变为亮氨酸。利用CRISPR/Cas9系统敲除SiBOR1后，转基因植株同样出现穗顶部坏死表型。突变体sibor1硼含量降低，硼外施能够使突变体以及敲除转基因植株穗部发育恢复正常（图1）。

图1 SiBOR1通过影响硼离子转运参与谷子穗发育调控

转录组数据分析发现细胞壁合成、茉莉酸合成以及细胞程序性死亡途径相关基因在突变体中被明显富集。荧光定量实验结果显示，低硼条件下细胞壁合成以及茉莉酸合成相关基因被诱导表达。突变体顶部节间木质部薄壁细胞表现为细胞壁变厚，细胞间隙变大，同时维管束细胞木质素含量明显增加，证实SiBOR1参与了细胞壁完整性、细胞稳态以及穗发育的调控（图2）。

图2 SiBOR1参与细胞壁稳定性以及木质素合成调控

作者和基金项目

西北农林科技大学博士研究生王海龙与中国农业科学院作物科学研究所汤沙副研究员为该文的共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所刁现民研究员和西北农林科技大学冯佰利教授为共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2019YFD1000700, 2019YFD1000704）、国家自然科学基金（31871692）、国家谷子高粱产业技术体系（CARS06-13.5-A04）和中国农业科学院农业科技创新工程项目的资助。

THE CROP JOURNAL

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The Crop Journal (《作物学报（英文版）》)是中国科协主管，中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊，创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果，开展国际学术交流，促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学、农业气象等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2020年The Crop Journal的SCI影响因子为4.407，在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区，并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助。