【瞧！我們的前沿科技】
從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所獲悉，該所作物耐逆性調(diào)控與改良創(chuàng)新團隊日前聯(lián)合國內(nèi)外研究機構(gòu)，構(gòu)建了首個水稻的多器官單細(xì)胞多組學(xué)圖譜，系統(tǒng)解析了水稻不同細(xì)胞類型的功能及其對復(fù)雜性狀的調(diào)控作用，有力助力水稻設(shè)計育種。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
單細(xì)胞組學(xué)是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的一項重要技術(shù)突破，對揭示細(xì)胞間的不同之處，從更精細(xì)水平研究細(xì)胞功能具有獨特優(yōu)勢。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員谷曉峰介紹，水稻是我國最重要的糧食作物之一，其根、莖、葉、種子等器官由多種功能細(xì)胞組成，這些細(xì)胞類型對水稻發(fā)育、產(chǎn)量與抗性都具有重要作用，但目前對其系統(tǒng)鑒定及功能解析的進展仍然有限。因此，利用單細(xì)胞等新興技術(shù)，從細(xì)胞層面系統(tǒng)刻畫水稻不同器官的細(xì)胞類型與狀態(tài)，解析其分子調(diào)控機制，可以為解析水稻發(fā)育和重要農(nóng)藝性狀的形成提供新路徑。
本次研究針對水稻8個器官中超過11萬個細(xì)胞開展研究，對其中的基因進行同步測序和深度分析，最終，通過原位雜交實驗驗證了54種細(xì)胞類型，并構(gòu)建了細(xì)胞類型特異的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
研究團隊首次發(fā)現(xiàn)，水稻的花序分生組織中存在“過渡態(tài)”細(xì)胞，并揭示了其在細(xì)胞命運轉(zhuǎn)變中的關(guān)鍵作用。團隊還識別并驗證了多個關(guān)鍵調(diào)控基因在特定細(xì)胞類型中的功能，如RSR1基因能夠調(diào)控根皮層細(xì)胞發(fā)育，F(xiàn)3H基因能夠協(xié)調(diào)碳氮代謝等。研究還整合全基因組關(guān)聯(lián)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水稻株高、粒型、結(jié)實率等農(nóng)藝性狀與特定細(xì)胞類型之間存在對應(yīng)關(guān)系，并揭示細(xì)胞功能在進化過程中的保守性與多樣性。
本次研究還正式發(fā)布水稻單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)庫Rice-SCMR，為功能基因挖掘與智能育種提供了基礎(chǔ)平臺。這些研究成果為水稻單細(xì)胞水平智能設(shè)計育種提供了數(shù)據(jù)、基因和技術(shù)基礎(chǔ)，為作物改良開辟了新路。
