小麦是全世界主要的粮食作物之一，其产量主要由亩穗数、千粒重和穗粒数决定。穗型结构影响小麦的小穗数、穗粒数和产量，是育种改良地重要的选择性状，挖掘小麦穗发育重要调控因子与解析分子调控机制，对小麦穗型的分子设计与精准改良、突破产量瓶颈具有重要意义。由于小麦功能基因组学发展较晚，穗发育关键基因挖掘及作用机制的研究尚处于初步阶段。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军课题组在Molecular Plant在线发表了题为“Systemic identification of wheat spike development regulators by integrated multiomics, transcriptional network, GWAS and genetic analyses”的研究论文，通过结合多维组学、群体遗传学和基因功能解析等多种研究手段，提出了一种系统高效鉴定关键调控因子的策略。

肖军课题组通过8个穗发育关键时期的转录组、染色质可及性和多种组蛋白修饰测序，绘制了小麦穗发育过程的动态转录和表观修饰图谱，搭建了小麦穗发育过程的转录调控网络（TRN）。多组学数据联合分析发现，染色质可及性、H3K27me3修饰和转录因子的调控等协调推动了小麦穗的开花转变过程，生殖生长阶段的核心TRN可能驱动了分生组织细胞身份转变和穗型建成。TRN鉴定了一个TaSPL15-TaAGLG1-TaFUL2调控模块，并通过之间实验验证了其层级调控关系。结合多维组学数据与群体遗传学，鉴定到227个潜在的穗发育调控因子，其中42个基因在小麦或水稻中已证明参与穗发育过程。通过突变体库对61个新基因进行通量表型鉴定，发现较高比例的基因突变导致开花时间或穗型的改变。

对一个新基因TaMYB30-A1进行功能研究和机制解析，发现启动子区域的自然变异影响了WFZP对其的转录抑制。TaMYB30-A1优异单倍型具有较高的表达量，增加穗长、可育小穗数和穗粒数，在小麦驯化和育种过程中受到选择，可能在中国小麦品种改良过程中发挥了重要作用。

为促进小麦穗发育研究和分子设计育种，肖军课题组与成都天成未来公司合作搭建了小麦穗发育多组学数据库（WSMOD）（http://39.98.48.156:8800/#/），为研究人员提供包括基因信息查询、共表达分析、TRN预测、表观图谱绘制及突变体库检索等模块在内的“一站式”服务。

综上，该研究通过转录组、表观组和群体遗传学等多维数据联合分析，揭示了基因转录与表观调控共同驱动小麦穗发育过程的动态变化规律，搭建了小麦穗发育特异的转录调控网络，提出了一种系统、高效、准确鉴定关键调控因子的策略，并以新因子TaMYB30-A1为例展示了小麦穗特异TRN对于基因功能解析和小麦育种实际应用的价值。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.01.010

小麦穗发育多组学数据库网站 (WSMOD)