提高产量和改善品质是小麦育种工作的核心宗旨之一，这不仅是保障粮食稳定供给的基石，也积极回应了社会对于高质量农产品日益增长的需求。胚乳是小麦籽粒的主要养分储存器官，是面粉的主要来源。储藏蛋白和淀粉是胚乳的主要组分，二者的平衡直接影响着小麦的产量和品质。调控胚乳发育是提高作物产量、改善品质的重要策略。阐明小麦胚乳发育过程中的转录调控网络，挖掘影响小麦胚乳发育的关键调控因子，对解析小麦产量和品质形成的分子基础、破解“高产不优质、优质不高产”难题具有重要意义。

    近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组通过小麦胚乳8个关键发育时期的转录组、染色质可及性和多种组蛋白修饰测序，绘制了小麦胚乳发育过程的动态转录和表观修饰图谱，搭建了胚乳发育过程的转录调控网络。研究发现，表观遗传调控区对驱动储藏蛋白和淀粉基因表达调控及塑造群体内粒重和品质表型多样性具有重要意义。层级转录调控网络鉴定得到436个核心调控因子，包括一批协同或拮抗调控储藏蛋白和淀粉合成基因表达的转录因子。通过突变体库表型、全基因组关联分析信号共定位、表达量-表型相关性三种方式对新基因验证，筛选得到42个可靠的储藏蛋白与淀粉合成调控的候选新基因。其中，TaABI3-A1负调控淀粉生物合成，同时激活储存蛋白积累，作为一个潜在均衡小麦产量和品质的关键因子在中国小麦育种历史中得以选择利用。

    该研究揭示了驱动小麦储存蛋白和淀粉生物合成的转录调控网络，解析了储存蛋白和淀粉协同调控的表观遗传和分子调控机理，为高产优质小麦新品种的培育提供了重要的基因资源和遗传操纵靶点。研究结果以“Deciphering the Transcriptional Regulatory Network Governing Starch and Storage Protein Biosynthesis in Wheat for Breeding Improvement”为题于2024年6月28日在线发表于Advanced Science杂志(DOI:10.1002/advs.202401383)，肖军研究组博士毕业生赵龙、在读博士生陈进超和张召衡为该论文共同第一作者，肖军研究员、王冬至助理研究员、河北农业大学刘冬成教授为共同通讯作者，河北农业大学张爱民教授、中国农业大学姚颖垠教授、西北农林科技大学许盛宝教授等为该研究提供了指导和帮助。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市杰出青年科学基金等项目的资助。

图：多维组解析小麦胚乳发育的基因调控网络