北京大学生命科学学院/北京大学现代农业研究院的焦雨铃教授，带领团队做了一件挺有意义的事儿，他们在2026年3月11日的Nature Plants杂志上发表了一篇论文，题目挺长，叫“Grass inflorescence morphodynamics guides yield improvement in wheat”。Nature Plants同期还刊发了一篇研究简报，专门推荐了这个工作。做这个项目的主要有中科院遗传发育所的王元格博士、北京大学的崔博飞同学，还有中国农科院的杜斐研究员，他们是文章的共同第一作者；李健研究员也在里面出力不少，最后焦雨铃教授是通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金的资助，基因功能研究与操控全国重点实验室也给予了支持。学校仪器中心和植物基因组学国家重点实验室还帮忙做了扫描电镜成像。 大家都知道，禾本科植物包含小麦、玉米、水稻这些主要粮食作物，也是植物界最大的一个科。它们的花序结构特别复杂，传统的“分生组织命运转变”模型很难把这种惊人的多样性说清楚。把花序结构弄明白不光是为了理解形态发育的多样性，更重要的是能指导我们筛选和挖掘那些控制穗型的基因。花序的结构决定了植物的花和种子数目，在庄稼里这就直接决定了穗粒数，这可是影响产量的核心要素啊。 焦雨铃团队这次先建立了一个普适性的花序发育数学模型，想把小麦、玉米、水稻和大麦的穗部发育过程解释清楚。他们把计算建模和发育生物学深度融合在了一起，仔细比较了小麦和水稻早期花序发育的情况，最后搞出了一个基于林登迈耶系统（L-system）的“形态动力学”模型。 这个模型里引入了两个关键的发育“计时器”：一个是控制分生组织命运的“命运（F）”变量；另一个是控制侧生分生组织什么时候开始长以及能不能长的“形态发生潜能（Mor）”窗口和它持续的时间（Δt）。这个模型不光能告诉我们花序会长出什么东西（是分枝还是花），还整合了什么时候能长出来以及能长几个这样的动态参数。 为了把模型用得更透彻，团队还拿小麦穗型变异做了分析。他们成功解释了三种主要的小麦穗型变异情况。特别值得一说的是，模型预测出了一种有增产潜力的“复小穗”变异是怎么来的：可以通过两条路形成。一条是把发育窗口延长点（但这会导致抽穗慢一点）；另一条是把发育进程加快点（这样就能早抽穗而且不耽误成熟）。 第二条路特别适合咱们国家大部分麦区小麦和玉米/大豆轮作的情况。依据这个预测，研究团队真的从一个小麦突变体库里找到了符合第二条路径的早熟复小穗突变体duo2。后来通过图位克隆发现，duo2的表型是因为RA2-D基因发生了功能缺失突变引起的。RA2-D是玉米花序分枝关键调控因子RAMOSA2（RA2）的同源基因。 分子机制研究表明，RA2-D通过直接抑制开花整合子FT基因的表达来调控发育时序。如果这个基因功能缺失了，就会导致花序分生组织发育加速和成对小穗形成。经过连续多年的多点田间试验发现duo2突变体在不同种植密度下都表现出明显的增产效果：在我国常用的高密度种植条件下产量能提高7到9%；在国外常用的低密度条件下产量能提升10到11%。这主要是因为小穗数和籽粒数增加了，而千粒重基本上没怎么变。 这个研究不光构建了一个能定量模拟和预测花序发育动态的计算模型，把复杂的形态建成过程变成了可以调控的量化参数；更重要的是它实现了“模型引导生物学发现”这种新的研究模式——也就是先做理论预测再去做实验验证和基因挖掘——为小麦产量遗传改良提供了新的基因资源。