分枝是植物株型建成的重要元素，而作物的株型结构很大程度上决定了作物产量。大豆是重要的粮油饲兼用型作物，也是我国最主要的植物油脂和蛋白的来源。然而，相比于小麦水稻等谷类作物，大豆的单产近几十年来增加缓慢。其中部分的原因可以归结于大豆特殊的株型结构：即大豆的每一片复叶的叶腋处均可产生侧生分枝或腋生花序/豆荚。从发育生物学角度来说，侧生分枝和腋生花序/豆荚均来源于叶腋处的分生组织（axillary meristems，AxMs）。因此，叶腋分生组织细胞的命运决定是大豆株型建成的关键因素。再者，叶腋分生组织的分化在有花植物中呈现出丰富的变异（图1），是深入研究植物分生组织命运决定发育程序的演化和植物复杂性状形成机理的理想模型。
图1：不同作物叶腋分生组织发生、休眠和分化的差异
近日，岭南现代农业科学与技术广东省实验室、华南农业大学南方大豆创新研究院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室和生命科学学院的钟晋顺课题组在Current Opinion in Plant Biology发表题为 “The diversification of the shoot branching system: A quantitative and comparative perspective in meristem determinacy”的综述文章。该论文系统地比较分析了不同作物的分枝建成的差异，总结了叶腋分生组织发育的共性调控过程和分子调控网络。作者进一步聚焦大豆独特株型的分子调控。大豆的侧生分枝和腋生花序均来源于叶腋分生组织，然而叶腋分生组织发育为分枝或者花序的命运抉择的分子开关尚不清楚。
图2：叶腋分生组织发育调控的分子基础和演化
禾本科和豆科植物分别是碳水化合物和蛋白质两大能量物质的主要来源（图1）。通过比较分析禾谷类和豆类作物的分枝调控，作者以玉米/小麦和鹰嘴豆的侧生分枝和腋生花序分化调控为例，提出控制营养分枝的关键基因可能演化出新的功能，被招募组成新的调控因子参与生殖发育过程如花序分枝花的育性调控等，进而协同控制植物的营养生长和生殖生长，并影响生物量和产量（图2）。因此，全面系统地阐明作物分枝和花序结构形态建成的分子机理和调控网络可以为实现作物精准分子设计育种提供理论基础和基因信息。
钟晋顺教授为该论文的通讯作者。博士生李佳佳和博士后姚夏妮为论文共同第一作者。该研究得到了岭南现代农业科学与技术广东省实验室，科技创新2030-重大项目及双一流学科建设项目的资助。
文/图 生命科学学院 钟晋顺
