株高是影响作物株型结构和生产表现的重要农艺性状之一，既关系到作物的抗倒伏能力，也影响群体通风透光条件和最终产量。在谷子等禾本科作物中，过高或过矮的株型都会对稳定高产产生不利影响，因此，解析株高形成的分子机制，一直是作物遗传育种研究中的重要问题。谷子（Setaria italica）具有耐旱、耐瘠薄、生育期短等特点，是我国重要的传统粮食作物之一。随着基因组测序和遗传转化体系的建立，谷子也逐渐成为研究C4作物生长发育和环境适应性的模式作物。然而，相较于水稻、小麦和玉米等作物，谷子株高调控的分子机制研究仍相对有限，尤其缺乏从蛋白质水平系统解析关键生育阶段调控网络的研究。

近期，河北师范大学生命科学学院分子细胞生物学教育部重点实验室汤文强课题组与中国农业科学院作物科学研究所等单位合作完成的题为“Proteomic investigation reveals the molecular mechanisms of plant height regulation in foxtail millet”的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）2026年4期发表。

该研究以株高差异显著的两个谷子品种Ci846和豫谷18为研究材料，选取株高快速形成的拔节期，对节、节间和叶片等关键组织开展了系统的蛋白质组学分析，旨在从蛋白水平揭示谷子株高形成的调控机制。

研究结果显示，在拔节期，不同组织中蛋白质表达谱存在明显差异，但多条与生长发育密切相关的通路在三种组织中均被不同程度富集，包括植物激素信号转导、MAPK信号通路、内质网蛋白加工及氨基酸生物合成等。其中，植物激素信号转导在株高调控中表现出尤为重要的作用。

进一步分析发现，生长素信号通路在节间伸长过程中发挥了核心调控功能。与株型较矮的豫谷18相比，株型较高的Ci846在节间中富集了更多与生长素响应相关的调控蛋白，尤其是多种生长素响应因子（Auxin Response Factor，ARF）。结合转录组、激素含量测定和qRT-PCR分析结果，研究表明，适宜水平的生长素可激活ARF–SAUR调控模块，促进下游响应基因的表达，从而推动节间细胞伸长，而生长素含量过高反而可能抑制该信号通路的正常发挥。

图3 Ci846和Yugu18的生长素含量及差异基因分析

图4 Ci846和Yugu18中SiSAURs的表达水平

除生长素外，研究还发现油菜素内酯、脱落酸等激素信号及其相关蛋白修饰过程在拔节期株高调控中同样发挥作用。多种与蛋白磷酸化、泛素化和类泛素化相关的蛋白在不同品种和组织中呈现差异积累，提示蛋白翻译后修饰可能通过调控激素信号通路的活性，对株高形成产生重要影响。

在机制解析的基础上，研究进一步对关键调控基因开展了遗传变异分析。结果表明，SiSAUR-like基因存在与株高显著相关的两种主要单倍型，并成功开发出功能性分子标记SiSAUR-like-FCM1-2，可有效区分不同株高类型材料，为谷子分子标记辅助育种提供了实用工具。

图5 SiSAUR-like的单倍型分析及功能标记的开发

该研究以蛋白质组学为切入点，系统揭示了谷子拔节期株高形成的分子调控网络，明确了生长素信号在节间伸长中的关键作用，并将基础研究与育种应用紧密结合，为培育理想株型的谷子新品种提供了新的理论依据和分子资源。

中国农业科学院作物科学研究所博士后赵志英以及河北师范大学在读博士研究生李婉婷为文章共同第一作者。河北师范大学生命科学学院张宝文正高级实验师、中国农业科学院作物科学研究所作物种质资源中心刁现民研究员以及汤沙研究员为文章共同通讯作者。河北师范大学汤文强教授设计和指导了该工作。

Cite the article:

Zhiying Zhao, Wanting Li, Yifei Wang, Meng Jin, Wenqiang Tang, Jiayi Li, Renliang Zhang, Yaxian Zhang, Peiyong Xin, Jinfang Chu, Yingjie Gao, Sha Tang, Xianmin Diao, Baowen Zhang. 2026. Proteomic investigation reveals the molecular mechanisms of plant height regulation in foxtail millet. Journal of Integrative Agriculture, 25(4): 1402-1417.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.06.014

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