大麥（Hordeum vulgare L.）是重要的谷物，也是最古老的作物之一，屬禾本科大麥屬。大麥的花序?yàn)樗霠罨ㄐ?，著生于莖稈頂部，由中央的花序軸和兩側(cè)的小穗所組成。大麥穗發(fā)育復(fù)雜，且不同位置的小穗發(fā)育不均等，中間部位發(fā)育較快，兩端較慢。在穗發(fā)育過(guò)程中，單個(gè)穗子頂端和底部約30％-50％的小穗/小穗原基會(huì)發(fā)生退化，導(dǎo)致潛在籽粒數(shù)的損失。因此，研究大麥穗部的發(fā)育過(guò)程對(duì)于揭示花器官發(fā)育的生物學(xué)問(wèn)題和提高大麥產(chǎn)量具有重要意義。

 

　　中國(guó)科學(xué)院植物研究所郭自峰研究組利用六棱大麥測(cè)序品種Morex繪制了穗部發(fā)育的時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜。該圖譜覆蓋大麥穗部發(fā)育的17個(gè)階段。各階段的小穗從上到下分為5個(gè)部位——頂部、中上部、中部、中下部和底部。每個(gè)部位設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共255個(gè)樣本?？蒲腥藛T分析這些樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在5個(gè)部位共同表達(dá)的基因9228個(gè)，且根據(jù)表達(dá)模式分為15個(gè)cluster。不同cluster的表達(dá)峰值分布在不同的發(fā)育時(shí)期，調(diào)控小穗不同的發(fā)育過(guò)程。同時(shí)，該研究對(duì)所有cluster中的轉(zhuǎn)錄因子、激素相關(guān)基因和已知功能基因的進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)了重要的節(jié)點(diǎn)基因，如編碼海藻糖-6-磷酸磷酸酶（TPP）的HvTPP7基因、SHI家族轉(zhuǎn)錄因子VRS2及MADS家族轉(zhuǎn)錄因子HvAGL6基因等。這些基因可能在表達(dá)峰值時(shí)期參與重要的調(diào)控功能。研究對(duì)不同部位的差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，頂部位置的差異基因高達(dá)1043個(gè)，包含衰老相關(guān)蛋白、生長(zhǎng)素和BR途徑、植物特有的LOB轉(zhuǎn)錄因子家族等基因。

 

　　基于這一表達(dá)譜，科研人員鑒定到一個(gè)編碼GDSL脂肪酶的HvGELP96基因。它在黃色花藥期特異高表達(dá)，是大麥小穗育性和粒數(shù)的重要調(diào)控因子。轉(zhuǎn)錄圖譜的發(fā)布，為研究大麥的穗部發(fā)育提供了豐富的信息資源。

 

　　11月15日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》（Cell Reports）上。