中国农业科学院作科所揭示冬小麦春化调控网络并鉴定调控元件

　　7月30日，中国农业科学院作物科学研究所小麦基因资源发掘与利用创新团队通过构建冬小麦多组织春化前后的开放基因组、组蛋白修饰和转录组图谱，发现了冬小麦的分布式春化响应模式，鉴定了10600个春化关联调控元件，阐明了小麦重要产量调控因子TaSPL7/15参与春化途径调控冬小麦开花的分子机制，揭示了小麦春化过程的调控网络。该研究为精准调控小麦生育期提供了调控元件和靶标以及理论依据，为创制高产、生育期合适和适应性广泛的小麦材料奠定了基础。相关研究成果发表在《（基因组生物学Genome Biology）》上。

 

　　小麦是世界重要粮食作物之一，其中在秋季播种的冬小麦需要经历一段时间的低温春化才能从营养生长过渡到生殖生长阶段。已有研究克隆了小麦中重要的春化基因  VRN1、 VRN2 、VRN3， 但小麦春化过程的关键调控元件及不同组织的春化响应机制还不清楚。

 

　　研究团队以小麦品种“矮抗58”为材料，构建了春化前后小麦叶片、分蘖芽和顶端分生组织等多组织的开放基因组、关键组蛋白修饰和转录组图谱。图谱表明，小麦不同组织的表观和转录组响应重叠较少，呈现一种分布式春化模式，这说明小麦不同组织对低温春化做出不同响应。另外，小麦春化过程中如 VRN1  和 VRN3 等重要基因的上调表达与关键抑制性组蛋白H3K27me3修饰的降低相关。该研究还鉴定到10600个春化关联的远端调控元件，发现产量调控因子TaSPL7/15通过结合VRN3 的远端调控元件和VRN1 启动子调控春化过程。实验发现，敲除该基因的突变体在缩短低温春化处理时间的条件下，与对照相比表现出开花延迟、分蘖增加和穗长变短，进一步证明该产量调控因子参与春化过程，进而调控冬小麦开花，影响小麦产量。该研究揭示了春化过程的调控网络，鉴定到海量春化调控元件，为创制高产、生育期合适和适应性广泛的小麦材料奠定了基础。

 

　　作科所博士生刘衍宏、助理研究员刘盼和副研究员高丽锋为该文论文共同第一作者，路则府研究员和裴洪翠助理研究员为本文的共同通讯作者，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年科学家项目（海外）、河北省自然科学基金、中国农业科学院创新工程和农业科技创新计划等项目的资助。

 

　　原文链接：https://doi.org/10.1186/s13059-024-03342-3