O echipă de cercetători a folosit transcriptomica spațială pentru a cartografia, celulă cu celulă, activitatea genelor dintr-un spic de grâu în formare și a identificat două regiuni distincte care controlează numărul de spiculețe, deci, în mare măsură, potențialul de randament al plantei. Studiul, publicat în Science Advances, oferă pentru prima dată o hartă moleculară detaliată a uneia dintre cele mai importante structuri din agricultura mondială.

Grâul furnizează aproximativ 20% din caloriile și proteinele consumate la nivel mondial, iar randamentul lui depinde, în mare parte, de o singură structură: spicul (inflorescența), alcătuit din spiculețe aranjate în rânduri alternante de-a lungul unei tije centrale, numită rahis. Fiecare spiculeț poate produce, la rândul lui, mai multe flori care devin grăunțe, astfel încât numărul final de spiculețe și de flori fertile dintr-un spic este unul dintre factorii esențiali care determină câte grăunțe va produce planta. Tiparul acesta se stabilește foarte timpuriu în dezvoltarea plantei, cu mult înainte ca spicul să fie vizibil cu ochiul liber. Până acum, mecanismele genetice exacte care îl controlează erau doar parțial înțelese.

Două regiuni „de comandă” în spicul în formare

Pentru a vedea exact ce gene se activează și unde, în interiorul unui spic care încă se formează, cercetătorii au folosit transcriptomica spațială – o tehnică care arată activitatea genetică direct în context tisular, regiune cu regiune, în loc de o singură citire medie pe întregul țesut. Analiza a scos la iveală două regiuni distincte, cu roluri complementare în determinarea arhitecturii spiculețului: o regiune de primordiu (țesutul incipient din care se vor dezvolta structurile spiculețului), caracterizată de activitatea genei RAMOSA2, și o regiune de frontieră, care exprimă gena ALOG1 și gene supresoare de bractee (structurile foliare protectoare care, în mod normal, ar putea interfera cu dezvoltarea spiculețului). Practic, planta folosește două „comenzi” genetice distincte, plasate în zone diferite ale țesutului în creștere, pentru a decide forma finală a spicului.

Vasele plantei și genele care decid fertilitatea

Cercetătorii au mai arătat, prin teste de dezvoltare, că spiculețele se diferențiază din meristeme (țesuturi cu celule nediferențiate, capabile de diviziune continuă), un proces care are loc simultan cu formarea vasculaturii centrale a spicului — rețeaua care va transporta nutrienții către grăunțele în formare. Această vasculatură centrală exprimă, la rândul ei, gene legate direct de numărul de spiculețe și de fertilitatea lor — sugerând că structura „circulatorie” a spicului nu este doar un sistem de transport, ci joacă un rol activ în a decide câte flori vor deveni, în final, grăunțe viabile.

De la hartă genetică la soiuri mai productive

Combinând datele de transcriptomică spațială cu analize genetice clasice, echipa a identificat o serie de gene-țintă care ar putea fi folosite în programele de ameliorare a grâului pentru a crește numărul de spiculețe și, implicit, randamentul. Etapele timpurii ale dezvoltării spicului – cunoscute în literatura de specialitate drept stadiul de „dublă creastă” și cel de „primordiu al lemei” – sunt momentul-cheie în care se stabilește practic plafonul maxim de grăunțe pe care îl va putea atinge planta respectivă. A înțelege exact ce gene acționează în aceste etape, și unde, oferă amelioratorilor un punct de plecare concret pentru a interveni țintit, nu prin încercare și eroare.

Cu mult înainte ca un spic de grâu să devină vizibil pe câmp, soarta lui – câte grăunțe va avea – este deja decisă, genă cu genă, în câteva zile critice de dezvoltare invizibilă.

Surse:
Spatial transcriptomics identifies distinct domains regulating yield-component traits of the wheat ear, Science Advances (2026). https://doi.org/10.1126/sciadv.aed1407