記者從中國農業科學院生物技術研究所獲悉，該所作物耐逆性調控與改良創新團隊于日前聯合國內外研究機構，構建了首個水稻的多器官單細胞多組學圖譜，系統解析了水稻不同細胞類型的功能及其對復雜性狀的調控作用，有力助力水稻設計育種。相關研究成果于2025年7月發表在國際期刊《自然》上。
單細胞組學是近年來生命科學領域的一項重要技術突破，對揭示細胞間的不同之處，從更精細水平研究細胞功能具有獨特優勢。中國農業科學院生物技術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胞組成，這些細胞類型對水稻發育、產量與抗性都具有重要作用，但目前，對其系統鑒定及功能解析進展仍然較少。因此，利用單細胞等新興技術，從細胞層面系統刻畫水稻不同器官的細胞類型與狀態，解析其分子調控機制，可以為解析水稻發育和重要農藝性狀的形成提供新的路徑。
由此，本次研究針對水稻8個器官中超過11萬個細胞開展研究，對其中的基因進行了同步測序和深度分析，最終，通過原位雜交實驗驗證了54種細胞類型，并構建了細胞類型特異的基因調控網絡。
研究團隊首次發現，水稻的花序分生組織中存在“過渡態”細胞，并揭示了其在細胞命運轉變中的關鍵作用。同時，該團隊還識別并驗證了多個關鍵調控基因在特定細胞類型中的功能，如RSR1基因能夠調控根皮層細胞發育，F3H基因能夠協調碳氮代謝等。同時，研究還整合了全基因組關聯分析數據，發現了水稻株高、粒型、結實率等農藝性狀與特定細胞類型之間存在對應關系，并揭示了細胞功能在進化過程中的保守性與多樣性。
此外，本次研究還正式發布了水稻單細胞多組學數據庫Rice-SCMR，為功能基因挖掘與智能育種提供了基礎平臺。這些研究成果為水稻單細胞水平智能設計育種提供了數據、基因和技術基礎，為作物改良開辟了新路。
