以气温升高为特征的全球气候变化导致冬性作物的春化需求减弱而花期提前。如何基于“分子靶标”设计早花作物是分子设计的理论瓶颈。植物所科研人员基于追溯性研究思路，利用近60多年来中国和美国高产品种等种质资源，克隆到控制小麦花期的“分子靶标模块”。该研究不仅揭示了糖代谢与表观遗传耦合调控植物发育的新机制，更通过单倍型分析阐明了该基因在现代育种过程中的选择规律，为小麦适应性改良提供了关键遗传靶点。
科研人员基于小麦核心种质资源的开花性状全基因组关联分析，成功鉴定了花期调控基因HtL1。该基因编码糖酵解途径关键代谢酶—果糖1,6-二磷酸醛缩酶（FBA10）。利用RNAi技术靶向抑制HtL1表达，显著推迟开花，而过表达则促进开花，证实其是冬小麦春化介导开花的正调控因子。对其单倍型的地理分布与演化规律进行深入分析发现，HtL1的单倍型在不同地理区域表现出显著的分布差异，反映了中美栽培材料对各自生态环境的特定适应性。特别是在中国小麦选育历史演变过程中，对应低表达量和晚花表型的单倍型Hap-2的选择频率逐渐降低，表明为了适应中国麦区的气候特点（如规避后期的干热风等），现代育种家在长期的选择中倾向于保留早花单倍型。这一发现显示HtL1是现代小麦育种中应对环境变化和调整生育期的重要基因。
在分子机理层面，该研究建立了一条“代谢-表观遗传”的新调控路径。研究发现，在小麦春化过程中葡萄糖代谢产生的信号通过蛋白修饰层级传递：春化诱导HtL1/FBA10 蛋白的磷酸化修饰（TaCDPK13催化）水平逐渐降低，而O-GlcNAc糖基化修饰（TaOGT1催化）水平逐渐升高。这种修饰模式的转换增强了 HtL1/FBA10 的稳定性和酶活性，进而提高了小麦开花促进因子VRN1染色质区的组蛋白乙酰化水平（H3K27ac和H3K14ac），激活其转录并促进开花。这一机制科学解释了半个多世纪以来关于“葡萄糖代谢促进植物春化”的未解之谜。
该研究成果挖掘了设计育种中的重要分子模块，在气候变化导致冬小麦生育期波动加剧的当下，HtL1基因的发现为育种家提供了精准的分子标记。通过操纵该基因及其所在的代谢-表观遗传调控网络，有望培育出能够敏锐感知环境温度变化、精准调控开花时间的高产稳产小麦新品种，为农业应对气候变化提供了新思路。
研究成果于近日在线发表于国际学术期刊Nature Communications。植物所已毕业博士研究生杨鹏芳、特别研究助理刘洋洋以及已毕业博士研究生董琦为论文共同第一作者。种康院士、邢立静研究员和郭自峰研究员为共同通讯作者。中国农科院作科所张学勇研究员和植物所徐云远研究员参与并指导了该研究工作。该研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目和面上项目的资助。
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https://www.nature.com/articles/s41467-025-67734-0
（饲草种质高效设计与利用全国重点实验室、分子生理实验室供稿）
