遺傳發育所鑒定出小麥穗發育的轉錄調控因子

　　小麥是重要的糧食作物之一。小麥的產量主要由畝穗數、千粒重和穗粒數決定。穗型結構影響小麥的小穗數、穗粒數和產量，是育種改良地重要的選擇性狀。挖掘小麥穗發育重要調控因子與解析分子調控機制，對小麥穗型的分子設計與精準改良、突破產量瓶頸具有重要意義。由于小麥功能基因組學發展較晚，穗發育關鍵基因挖掘及作用機制的研究處于初步階段。

　　近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員肖軍團隊通過結合多維組學、群體遺傳學和基因功能解析等研究手段，提出了系統高效鑒定關鍵調控因子的策略。該研究通過8個穗發育關鍵時期的轉錄組、染色質可及性和多種組蛋白修飾測序，繪制了小麥穗發育過程的動態轉錄和表觀修飾圖譜，搭建了小麥穗發育過程的轉錄調控網絡（TRN）。TRN鑒定了一個TaSPL15-TaAGLG1-TaFUL2調控模塊，并通過之間實驗驗證了其層級調控關系。結合多維組學數據與群體遺傳學，研究鑒定到227個潛在的穗發育調控因子。其中，42個基因在小麥或水稻中已被證明參與穗發育過程。研究利用KN9204突變體庫對61個新基因進行通量表型鑒定，發現其中36個基因突變導致開花時間或穗型的改變，如TaMYC2-A1、TaMYB30-A1和TaWRKY37-A1。科研人員對一個新基因TaMYB30-A1進行功能研究和機制解析，發現啟動子區域的自然變異影響WFZP對其的轉錄抑制。TaMYB30-A1優異單倍型具有較高的表達量，增加穗長、可育小穗數和穗粒數，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揮了重要作用。

　　為促進小麥穗發育研究和分子設計育種，該團隊與合作者搭建了小麥穗發育多組學數據庫，提供了包括基因信息查詢、共表達分析、TRN預測、表觀圖譜繪制及突變體庫檢索等模塊在內的“一站式”服務。

　　2月2日，相關研究成果以Systemic identification of wheat spike development regulators by integrated multiomics, transcriptional network, GWAS and genetic analyses為題，在線發表在《分子植物》（Molecular Plant）上。研究工作得到國家自然科學基金創新研究群體項目、中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃青年科學家項目和山東省自然科學基金重大基礎研究項目的支持。

　　多維組學數據系統鑒定小麥穗發育關鍵調控因子