摘要：小麦产量稳定关乎全球粮食安全，而穗发育直接决定穗粒数、籽粒大小等关键性状，其穗部组织发育过程中基因与代谢物互作机制尚不明确。近日，中国科学院植物研究所郭自峰团队联合华中农业大学陈伟研究组、中国农科院作物科学研究所何中虎/郝元峰团队、中国科学院遗传发育所鲁非研究

小麦产量稳定关乎全球粮食安全，而穗发育直接决定穗粒数、籽粒大小等关键性状，其穗部组织发育过程中基因与代谢物互作机制尚不明确。近日，中国科学院植物研究所郭自峰团队联合华中农业大学陈伟研究组、中国农科院作物科学研究所何中虎/郝元峰团队、中国科学院遗传发育所鲁非研究组，在The Plant Cell 发表研究题为“Multi-omics identifies key genetic and metabolic networks regulating spike organ development in wheat “的文章，首次绘制小麦穗发育高时空分辨率多组学图谱，解密产量形成分子机制并提供育种关键靶点。

研究以“陇春35”为材料，对穗部进行精细拆解，覆盖穗轴、小穗、颖壳、小花及子房、花药、芒等组织，包含12个发育阶段（绿色花药期至授粉后35天），共收集233份样本；通过LC-MS/MS技术检测到1105种代谢物（313种注释），同时对子房进行RNA-seq测序，构建全面多组学数据集。基于此，团队有三大核心发现：一是代谢物呈时空特异性分布，类黄酮、酚胺类富集于颖壳等支持木质化，氨基酸衍生物等集中于小花供生殖生长，激素在花药积累调控发育；二是外源激素实验验证，细胞分裂素可使基部小穗败育率降96.97%、增加可育小穗和籽粒数，脱落酸则抑制发育；三是鉴定出TaOPR3、GL1、GL2等调控籽粒大小的关键基因，且其优异单倍型在现代育种中被选择利用。该图谱清晰揭示代谢物与基因表达网络的互作关系，为理解小麦产量分子基础提供新视角，筛选出的关键基因为分子育种提供精准靶点，未来可通过基因编辑或标记辅助选择培育高产品种。

中国科学院植物研究所特别研究助理刘洋洋、助理研究员申立平、张丽丽，华中农业大学博士朱安婷（现任职于湖北大学），中国农业大学博士张佳琦，中国农业科学院作物科学研究所副研究员陈隽，中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后常国伟、助理研究员尹长斌为论文共同第一作者。中国科学院植物研究所郭自峰研究员、华中农业大学陈伟教授、中国农业科学院作物科学研究所郝元峰研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究员为共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所童依平研究员、中国农业科学院作物科学研究所路则府研究员、西北农林科技大学吴建辉教授、中国农业大学辛明明教授参与并指导了该研究工作。本研究得到国家自然科学基金（32272122）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA24010104-2、XDA24020201）、中国博士后科学基金（GZB20240820、2024M763526）和国家重点研发计划（2022YFF1002904）的资助。

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来源：彭友科学社