小麥穗部發(fā)育決定籽粒大小和數(shù)目等產(chǎn)量性狀。在穗部發(fā)育過程中，基因表達(dá)動態(tài)、代謝變化及其相互作用機(jī)制尚不明確。

中國科學(xué)院植物研究所通過整合代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，對小麥穗器官發(fā)育的12個發(fā)育階段進(jìn)行系統(tǒng)解析。研究發(fā)現(xiàn)，與植物激素相關(guān)的代謝物在穗部不同組織間分布極不均衡。進(jìn)一步的外源激素處理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，植物激素在穗形態(tài)建成過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。

基于子房的高分辨率時空組學(xué)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小麥子房發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定出一批關(guān)鍵基因，包括TaOPR3、GL1和GL2等。這些基因在籽粒大小調(diào)控中發(fā)揮重要作用。基因組水平分析揭示，這些關(guān)鍵基因的單倍型存在明顯的地理分化，并在育種過程中受到選擇性保留，其中優(yōu)良等位基因與籽粒增大顯著相關(guān)。

該研究揭示了小麥穗器官發(fā)育的關(guān)鍵遺傳與代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為深入理解小麥產(chǎn)量形成的分子基礎(chǔ)提供了重要科學(xué)資源，并為小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供了潛在分子靶點(diǎn)。

相關(guān)成果在線發(fā)表在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國博士后科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。