大麦（Hordeum vulgare L.）是世界第四大谷物，也是最古老的作物之一，属禾本科大麦属。大麦的花序为穗状花序，着生于茎秆顶部，由中央的花序轴和两侧的小穗所组成。大麦穗发育复杂，并且不同位置的小穗发育不均等，中间部位发育较快，两端较慢。在穗发育过程中，单个穗子顶端和底部约30％-50％的小穗/小穗原基会发生退化，导致了潜在籽粒数的极大损失。因此研究大麦穗部的发育过程对于揭示花器官发育的生物学问题和提高大麦产量具有重要意义。
中国科学院植物研究所郭自峰研究组利用六棱大麦测序品种Morex绘制了穗部发育的时空转录组图谱，该图谱覆盖大麦穗部发育的17个阶段，各阶段的小穗从上到下分为5个部位：顶部、中上部、中部、中下部和底部，每个部位设置3个重复，共255个样本。科研人员通过对这些样本的转录组数据分析发现，在5个部位共同表达的基因9228个，根据表达模式分为15个cluster，不同cluster的表达峰值分布在不同的发育时期，调控小穗不同的发育过程，并且对所有cluster中的转录因子、激素相关基因和已知功能基因的进行相关性分析，发现了重要的节点基因，如编码海藻糖-6-磷酸磷酸酶的HvTPP7基因，SHI家族转录因子VRS2及MADS家族转录因子HvAGL6基因等，这些基因可能在表达峰值时期参与了重要的调控功能。对不同部位的差异表达分析发现，顶部位置的差异基因高达1043个，包含衰老相关蛋白、生长素和BR途径、植物特有的LOB转录因子家族等基因。
基于此表达谱，科研人员还鉴定到一个编码GDSL脂肪酶的HvGELP96基因，在黄色花药期特异高表达，是大麦小穗育性和粒数的重要调控因子。此转录图谱的发布为研究大麦的穗部发育提供了丰富的信息资源。
该研究成果于11月15日在线发表于Cell Reports期刊。植物所助理研究员申立平、博士研究生刘洋洋为论文的共同第一作者，郭自峰研究员为通讯作者。焦远年研究员参与并指导了该工作。
文章链接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01453-5
（分子生理实验室供稿）
六棱大麦“Morex”穗部时空转录组
