Урожайность пшеницы, важной продовольственной культуры мирового значения, зависит от таких факторов, как количество колосков на единицу площади, вес тысячи зерен и урожайность зерна с колоса. Форма колоса напрямую влияет на количество колосков, урожайность зерна и общую продуктивность пшеницы. Раскрытие ключевых регуляторов развития колосков пшеницы и исследование их молекулярных механизмов открывают большие перспективы для точной селекции и молекулярного улучшения морфологии колосков.

В исследовании , опубликованном в журнале Molecular Plant , исследователи под руководством Сяо Цзюня из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук (CAS) представили инновационный подход. Объединив многомерную омику, популяционную генетику и анализ функций генов, исследователи наметили систематическую и эффективную стратегию для выявления ключевых регуляторных факторов в развитии колосков пшеницы .

Путем комплексного секвенирования транскриптомов колосьев пшеницы, доступности хроматина и модификаций гистонов на ключевых стадиях развития они очертили динамический транскрипционный и эпигенетический ландшафт созревания колосьев пшеницы, кульминацией которого стало создание сети регуляции транскрипции (TRN).

Объединив многомерную омику с популяционной генетикой, исследователи определили 227 предполагаемых регуляторных факторов, влияющих на развитие колосков, 42 из которых уже вовлечены в формирование колосков у пшеницы или риса.

Фенотипический скрининг 61 нового гена с использованием библиотеки мутантов KN9204 выявил 36 мутаций, включая TaMYC2-A1, TaMYB30-A1 и TaWRKY37-A1, изменяющих время цветения или морфологию колосков. Функциональная характеристика TaMYB30-A1 подчеркнула эффективность TRN в расшифровке функциональности генов и его практическую полезность в инициативах по селекции пшеницы.

В то же время была запущена комплексная мультиомная база данных по развитию колосков пшеницы, известная как WSMOD. Эта платформа предоставляет исследователям удобный универсальный доступ к различным сервисам, включая поиск информации о генах, анализ совместной экспрессии, прогнозирование TRN, построение эпигенетических карт и функции поиска в библиотеке мутантов.

Таким образом, это исследование проясняет динамические трансформации, которые происходят во время развития колосков пшеницы и формируются как транскрипцией генов , так и эпигенетической регуляцией. Он объединяет многомерные данные, включая транскриптомику, эпигеномику и популяционную генетику, чтобы разгадать эти процессы. Построение TRN, специфичного для развития колоса пшеницы, представляет собой систематическую, эффективную и точную стратегию для определения ключевых регуляторных факторов.