研究必要性

近年来，高通量技术极大地推动了植物领域的研究进程，基因组、转录组、蛋白组和代谢组等多个层面的海量数据，能够进一步帮助我们更为全面、系统地解析复杂的生物变化与调控过程。随着质谱技术的快速发展以及蛋白质组学、代谢组学分析能力不断攀升，能为植物生物过程调控机制研究的大数据分析提供重要分子功能与表型信息。同时组学技术也帮助我们更加深入全面地探索调控植物生长过程中的奥秘，具有巨大的应用价值和开发潜力。目前，多组学技术已被广泛应用于生长发育、胁迫应答机制以及遗传育种等研究方向，成为助力科研的利器。

粮食作物研究热点

粮食作物是对谷类作物（小麦，水稻，玉米）、薯类作物 (包括甘薯、马铃薯等) 及豆类作物 (包括大豆、蚕豆、豌豆、绿豆等) 的总称。在营养上，谷类作物主要提供淀粉、植物蛋白、维生素等，豆类作物主要提供蛋白质、脂肪等，薯类作物主要提供淀粉、维生素等。经济作物亦称“工业原料作物”、“技术作物”。一般指为工业，特别是指为轻工业提供原料的作物，经济作物种类繁多，包括纤维作物 (如棉、麻等)、油料作物 (如芝麻、花生等)、糖料作物 (如甘蔗、甜菜等)和其他经济作物等。

粮食/经济作物重点研究思路

粮食作物/经济作物品种繁多，农艺性状多样化，对优良农艺性状的精准定位是其目前研究主要方向，所以利用最先进的技术对粮食/经济作物的“黄金级”组装及多品种（泛基因组）组装为目前该领域物种研究热点。

研究案例

案例一

文章题目：野生和栽培马铃薯基因组进化与多样性

发表期刊：Nature（IF: 69.504)

组学技术：泛基因组+转录组

研究背景

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上重要的非谷类粮食作物，绝大多数商业种植的品种是高度杂合的四倍体。基于真种子的二倍体杂交育种有可能给未来马铃薯育种和生产带来革命性的变化。到目前为止，对野生和栽培地种马铃薯基因组进化和多样性的研究相对较少，这限制了其在马铃薯育种中的应用。

研究思路

研究结论

本研究构建了高质量的二倍体马铃薯泛基因组图谱，通过对比分析二倍体马铃薯（包括野生种与农家品种）与不结薯的马铃薯姊妹类群的基因组，研究人员鉴别出薯块发育的起始时期发挥关键作用的转录因子；此外还分析了马铃薯的抗病基因，推测抗病基因数量的增多，是为了应对病原菌感染所演化出的策略；泛基因组最终鉴定出超过56万个高质量的结构变异，并且首次构建了栽培和近缘野生马铃薯的大片段倒位图谱，为马铃薯的遗传育种鉴定了重要的基础，展示了基于广泛选材的泛基因组学的力量，能为其他作物泛基因组研究提供参考方法。

案例二

文章题目：转录组和蛋白质组联合分析揭示激素与活性氧共同调节水稻导入系的休眠机制

发表期刊：International Journal of Molecular Science （IF：6.208）

组学技术：转录组+蛋白组

研究背景

休眠是一种由多信号传导控制的农艺表型，是抑制穗发芽（ pre-harvest sprouting ， PHS ）的关键特性，休眠的信号网络仍然存在不清楚。种子休眠丧失极易导致穗发芽，影响作物品质和种子质量，而休眠过强导致种子不能整齐萌发，出苗参差不齐。因此，掌握休眠的调控机制对于精确控制休眠至关重要。

研究思路

研究结论

本研究中IL的ABA含量显著低于ZH11，而JA含量显著高于ZH11。同时，转录组分析表明，IL与ZH11对比组中，ABA合成基因LOC_Os03g44380、LOC_Os07g05940和LOC_Os12g42280表达显著下调， 而IL的强休眠性与其低ABA含量不一致，表明ABA含量不单独引起IL休眠；JA信号基因 LOC_Os04g32480 、 LOC_Os03g08320 等的表达在ZH11和IL之间存在显著差异，进一步表明JA可调节IL休眠；H2O2含量在IL中显著下降，但这并没有导致ABA的含量的升高，表明H2O2调节IL休眠并不是通过降低ABA含量实现的。然而，IL中过量的O2 − 的积累并未解除IL休眠状态，表明O2 − 不在信号调节阈值范围内。综上所述，IL的休眠由ABA、JA和ROS信号共同调控。本研究无疑填补了 ROS与JA共同调节休眠机制的空白。

案例三

文章题目：QTL定位与多组学图谱相结合揭示玉米叶蚜抗性的遗传控制

发表期刊：Journal of Experimental Botany（IF: 7.298/Q1)

组学技术：QTL定位+转录组+代谢组

研究背景

玉米叶蚜(Rhopalosiphum maidis)是一种破坏性农业害虫，主要以玉米的汁液为食，使其叶片失水发黄，植株倒伏、枯死；同时，蚜虫能分泌大量蜜露污染植株，影响光合作用，并传播病毒，造成大幅度减产。因此，从天然玉米遗传资源中筛选抗蚜虫材料，解析其抗蚜机理对玉米抗虫育种具有非常重要的现实意义。

研究思路

研究结论

本研究通过多组学分析发现：激素信号途径、苯并噁嗪类合成基因的上调表达，与Abe2的蚜虫抗性相关，类黄酮的生物合成途径在玉米抗蚜过程中发挥重要作用。该研究构建了玉米抗蚜基因调控网络，为分子育种工作提供了重要基因资源和理论依据。