小麥是重要的糧食作物之一。小麥的產(chǎn)量主要由畝穗數(shù)、千粒重和穗粒數(shù)決定。穗型結(jié)構(gòu)影響小麥的小穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量，是育種改良地重要的選擇性狀。挖掘小麥穗發(fā)育重要調(diào)控因子與解析分子調(diào)控機(jī)制，對小麥穗型的分子設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)改良、突破產(chǎn)量瓶頸具有重要意義。由于小麥功能基因組學(xué)發(fā)展較晚，穗發(fā)育關(guān)鍵基因挖掘及作用機(jī)制的研究處于初步階段。

 

　　近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員肖軍團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合多維組學(xué)、群體遺傳學(xué)和基因功能解析等研究手段，提出了系統(tǒng)高效鑒定關(guān)鍵調(diào)控因子的策略。該研究通過8個(gè)穗發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組、染色質(zhì)可及性和多種組蛋白修飾測序，繪制了小麥穗發(fā)育過程的動態(tài)轉(zhuǎn)錄和表觀修飾圖譜，搭建了小麥穗發(fā)育過程的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（TRN）。TRN鑒定了一個(gè)TaSPL15-TaAGLG1-TaFUL2調(diào)控模塊，并通過之間實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其層級調(diào)控關(guān)系。結(jié)合多維組學(xué)數(shù)據(jù)與群體遺傳學(xué)，研究鑒定到227個(gè)潛在的穗發(fā)育調(diào)控因子。其中，42個(gè)基因在小麥或水稻中已被證明參與穗發(fā)育過程。研究利用KN9204突變體庫對61個(gè)新基因進(jìn)行通量表型鑒定，發(fā)現(xiàn)其中36個(gè)基因突變導(dǎo)致開花時(shí)間或穗型的改變，如TaMYC2-A1、TaMYB30-A1和TaWRKY37-A1?？蒲腥藛T對一個(gè)新基因TaMYB30-A1進(jìn)行功能研究和機(jī)制解析，發(fā)現(xiàn)啟動子區(qū)域的自然變異影響WFZP對其的轉(zhuǎn)錄抑制。TaMYB30-A1優(yōu)異單倍型具有較高的表達(dá)量，增加穗長、可育小穗數(shù)和穗粒數(shù)，在小麥馴化和育種過程中受到選擇，可能在中國小麥品種改良過程中發(fā)揮了重要作用。

 

　　為促進(jìn)小麥穗發(fā)育研究和分子設(shè)計(jì)育種，該團(tuán)隊(duì)與合作者搭建了小麥穗發(fā)育多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，提供了包括基因信息查詢、共表達(dá)分析、TRN預(yù)測、表觀圖譜繪制及突變體庫檢索等模塊在內(nèi)的“一站式”服務(wù)。

 

　　2月2日，相關(guān)研究成果以Systemic identification of wheat spike development regulators by integrated multiomics, transcriptional network, GWAS and genetic analyses為題，在線發(fā)表在《分子植物》（Molecular Plant）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持。