肖军团队搭建小麦穗发育调控网络，开发多组学数据库助力育种

肖军团队搭建小麦穗发育调控网络，开发多组学数据库助力育种

小麦是全球重要的粮食作物，其产量直接关系到全球粮食安全。在小麦产量的构成因素中，穗型结构起着至关重要的作用，它直接影响着小穗数、穗粒数和最终产量。然而，由于小麦功能基因组学研究起步较晚，对其穗发育关键基因的挖掘和作用机制的解析仍处于初步阶段。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组在这一领域取得了突破性进展。研究团队创新性地采用多维组学数据分析、群体遗传学和基因功能解析等多种研究手段，成功搭建了小麦穗发育过程的转录调控网络（TRN）。这一网络的构建，为系统高效地鉴定关键调控因子提供了全新策略。

通过分析小麦穗发育8个关键时期的转录组、染色质可及性和多种组蛋白修饰数据，研究团队绘制出了详尽的动态转录和表观修饰图谱。基于此图谱，他们成功鉴定了一个重要的调控模块——TaSPL15-TaAGLG1-TaFUL2，并通过实验验证了其层级调控关系。

更令人振奋的是，研究团队结合多维组学数据与群体遗传学分析，一举鉴定了227个潜在的穗发育调控因子。其中，42个基因已在小麦或水稻中被证实参与穗发育过程。为进一步验证这些基因的功能，研究团队利用KN9204突变体库对61个新基因进行了表型鉴定，发现36个基因的突变确实导致了开花时间或穗型的显著变化。

值得一提的是，研究团队还与成都天成未来公司合作，开发了小麦穗发育多组学数据库（WSMOD）。该数据库集成了基因信息查询、共表达分析、TRN预测、表观图谱绘制及突变体库检索等功能，为全球小麦研究者提供了一站式服务平台。

以TaMYB30-A1为例，研究团队深入解析了其功能机制。他们发现，该基因启动子区域的自然变异影响了WFZP对其的转录抑制。携带优异单倍型的TaMYB30-A1表现出更高的表达量，能够显著增加穗长、可育小穗数和穗粒数。这一发现表明，TaMYB30-A1可能在中国小麦品种改良过程中发挥了重要作用。

这一系列重要发现不仅揭示了小麦穗发育的复杂调控机制，更为未来的小麦育种工作提供了宝贵的基因资源和理论指导。随着全球人口的持续增长和气候变化的加剧，提高小麦产量和稳定性已成为保障全球粮食安全的关键。肖军研究组的这一突破性成果，无疑为实现这一目标提供了新的思路和方向。

该研究以“Systemic identification of wheat spike development regulators by integrated multiomics, transcriptional network, GWAS and genetic analyses”为题，于2024年2月2日在线发表在国际知名期刊《分子植物》上。肖军研究组助理研究员林学磊、博士毕业生徐永欣和助理研究员王冬至为论文共同第一作者，肖军研究员和王冬至助理研究员为共同通讯作者。这一成果得到了国家自然科学基金创新群体项目、中国科学院先导专项、国家重点研发计划青年项目和山东省自然科学基金重大基础研究项目的资助。