Новый подход к выявлению ключевых регуляторов развития колоса пшеницы

Урожайность пшеницы зависит от числа колосьев, массы тысячи зёрен и урожая зерна с колоса. Форма колоса напрямую влияет на число колосков и продуктивность. Выявление ключевых регуляторов развития колоса и изучение их молекулярных механизмов важно для прецизионной селекции.

В исследовании, опубликованном в Molecular Plant, учёные под руководством Сяо Цзюня представили инновационный подход. Интегрируя многомерную омику, популяционную генетику и анализ функции генов, они разработали системную стратегию для идентификации ключевых регуляторных факторов.

Путём комплексного секвенирования транскриптомов колоса, доступности хроматина и гистоновых модификаций на ключевых стадиях развития они описали динамический транскрипционный и эпигенетический ландшафт созревания колоса и построили транскрипционную регуляторную сеть (TRN).

Объединив многомерную омику с популяционной генетикой, исследователи выявили 227 предполагаемых регуляторных факторов, влияющих на развитие колоса, 42 из которых уже были связаны с формированием колоса у пшеницы или риса.

Фенотипический скрининг 61 нового гена с использованием мутантной библиотеки KN9204 выявил 36 мутаций (включая TaMYC2-A1, TaMYB30-A1 и TaWRKY37-A1), изменяющих время цветения или морфологию колоса. Функциональная характеристика TaMYB30-A1 подтвердила эффективность TRN для расшифровки функции генов и её практическую пользу в селекции.

Параллельно была запущена комплексная мульти-омиксная база данных для развития колоса пшеницы (WSMOD). Эта платформа предоставляет исследователям удобный «всё-в-одном» доступ к поиску информации о генах, анализу ко-экспрессии, предсказанию TRN, построению эпигенетических карт и поиску в мутантных библиотеках.

Исследование раскрывает динамические преобразования в развитии колоса пшеницы, определяемые как транскрипцией генов, так и эпигенетической регуляцией. Интеграция многомерных данных, включая транскриптомику, эпигеномику и популяционную генетику, позволила распутать эти процессы. Построение специфичной TRN для развития колоса представляет собой системную, эффективную и точную стратегию для идентификации ключевых регуляторных факторов.