El arroz (L.) es uno de los principales cultivos alimentarios. El rendimiento y la calidad se ven afectados por la senescencia prematura de las hojas, un proceso de desarrollo complejo y estrictamente regulado. Para elucidar el mecanismo regulador molecular que controla la senescencia de las hojas de arroz, se realizó un análisis integrativo del transcriptoma, metaboloma y red de coexpresión génica ponderada (WGCNA) de las hojas bandera en cinco etapas de desarrollo (FL1-FL5). En este estudio, se identificaron un total de 9412 genes expresados diferencialmente (DEGs). Para profundizar en los DEGs relacionados con la senescencia de las hojas, se caracterizaron un total de cinco módulos específicos de etapa mediante WGCNA. Entre ellos, dos módulos mostraron tendencias continuas de regulación a la baja y a la alza desde las etapas FL1 hasta FL5, que se consideraron altamente correlacionados negativamente y positivamente con el rasgo de senescencia, respectivamente. Los resultados de enriquecimiento de GO mostraron que los genes agrupados en módulos específicos de etapa estaban significativamente enriquecidos en un gran número de procesos biológicos asociados a la senescencia. Además, se identificaron grandes cantidades de genes relacionados con la senescencia, que participan principalmente en la regulación de la transcripción, vías hormonales, degradación de clorofila, metabolismo de ROS, genes asociados a la senescencia (SAGs) y otros. Lo más importante es que se identificaron un total de 40 genes clave asociados con la senescencia de las hojas. Además, el análisis del metaboloma mostró que se identificaron un total de 309 metabolitos diferenciales (DMs) mediante WGCNA. El análisis integrativo del transcriptoma y metaboloma identificó un gen clave basado en el análisis de correlación realizado entre 40 genes clave y 309 DMs. Los resultados de la validación funcional mostraron que las líneas de sobreexpresión mostraron una senescencia de hojas retrasada y un aumento significativo en el número de granos por planta y el número de granos por panícula. Por el contrario, sus líneas de knockout mostraron senescencia prematura de las hojas y un rendimiento de grano reducido. El tratamiento con hormonas exógenas mostró que respondieron significativamente a SA y auxina. Estos hallazgos proporcionan nuevas perspectivas sobre la senescencia de las hojas y contribuyen a proporcionar recursos genéticos para la mejora de cultivos resistentes a la senescencia prematura.