7月30日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥基因資源發(fā)掘與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建冬小麥多組織春化前后的開放基因組、組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄組圖譜，發(fā)現(xiàn)了冬小麥的分布式春化響應(yīng)模式，鑒定了10600個(gè)春化關(guān)聯(lián)調(diào)控元件，闡明了小麥重要產(chǎn)量調(diào)控因子TaSPL7/15參與春化途徑調(diào)控冬小麥開花的分子機(jī)制，揭示了小麥春化過程的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該研究為精準(zhǔn)調(diào)控小麥生育期提供了調(diào)控元件和靶標(biāo)以及理論依據(jù)，為創(chuàng)制高產(chǎn)、生育期合適和適應(yīng)性廣泛的小麥材料奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《（基因組生物學(xué)Genome Biology）》上。

 

　　小麥?zhǔn)鞘澜缰匾Z食作物之一，其中在秋季播種的冬小麥需要經(jīng)歷一段時(shí)間的低溫春化才能從營養(yǎng)生長過渡到生殖生長階段。已有研究克隆了小麥中重要的春化基因  VRN1、 VRN2 、VRN3， 但小麥春化過程的關(guān)鍵調(diào)控元件及不同組織的春化響應(yīng)機(jī)制還不清楚。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)以小麥品種“矮抗58”為材料，構(gòu)建了春化前后小麥葉片、分蘗芽和頂端分生組織等多組織的開放基因組、關(guān)鍵組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄組圖譜。圖譜表明，小麥不同組織的表觀和轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)重疊較少，呈現(xiàn)一種分布式春化模式，這說明小麥不同組織對(duì)低溫春化做出不同響應(yīng)。另外，小麥春化過程中如 VRN1  和 VRN3 等重要基因的上調(diào)表達(dá)與關(guān)鍵抑制性組蛋白H3K27me3修飾的降低相關(guān)。該研究還鑒定到10600個(gè)春化關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)端調(diào)控元件，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量調(diào)控因子TaSPL7/15通過結(jié)合VRN3 的遠(yuǎn)端調(diào)控元件和VRN1 啟動(dòng)子調(diào)控春化過程。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，敲除該基因的突變體在縮短低溫春化處理時(shí)間的條件下，與對(duì)照相比表現(xiàn)出開花延遲、分蘗增加和穗長變短，進(jìn)一步證明該產(chǎn)量調(diào)控因子參與春化過程，進(jìn)而調(diào)控冬小麥開花，影響小麥產(chǎn)量。該研究揭示了春化過程的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定到海量春化調(diào)控元件，為創(chuàng)制高產(chǎn)、生育期合適和適應(yīng)性廣泛的小麥材料奠定了基礎(chǔ)。

 

　　作科所博士生劉衍宏、助理研究員劉盼和副研究員高麗鋒為該文論文共同第一作者，路則府研究員和裴洪翠助理研究員為本文的共同通訊作者，該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)家項(xiàng)目（海外）、河北省自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程和農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-024-03342-3