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　　海南日報全媒體記者黃媛艷

　　中國科學院遺傳發(fā)育所攜手華大生命科學研究院、崖州灣國家實驗室和中國科學院基因組研究所等單位近日成功繪制了首個國產(chǎn)大豆的全生命周期器官發(fā)育“時空圖譜”，相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊《分子植物》。該研究首次實現(xiàn)了大豆基因表達在發(fā)育階段、細胞類型和空間定位的精準解析，為破解大豆器官發(fā)育機制提供了里程碑式資源。

　　大豆既是人類重要的蛋白質(zhì)和油脂來源，更承載著應(yīng)對全球糧食危機的希望。借助分子設(shè)計育種技術(shù)，能夠有效加速大豆育種，然而，其復雜的器官發(fā)育機制長期困擾著科學家。

　　研究團隊以國產(chǎn)大豆品種“中黃13”為研究對象，開創(chuàng)性地構(gòu)建了“宏觀-單細胞-空間”三級轉(zhuǎn)錄解析體系：首先基于314份全器官樣本的常規(guī)轉(zhuǎn)錄組（bulkRNA-seq）大數(shù)據(jù)，精準鎖定器官發(fā)育階段和關(guān)鍵器官的特征基因；繼而運用單細胞核轉(zhuǎn)錄組（snRNA-seq）捕獲5大功能器官（根、根瘤、莖尖、葉、莖）的細胞級表達圖譜；最終通過時空組學技術(shù)Stereo-seq呈現(xiàn)基因表達的三維空間位置信息。通過多維技術(shù)融合，首次實現(xiàn)大豆器官的3D基因表達可視化。

　　“如果把大豆的每個器官當成一座精密運作的工廠，那么基因就是流水線上的工人，而轉(zhuǎn)錄組圖譜就是工廠的監(jiān)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)研究往往只能看到工廠整體產(chǎn)量，而新技術(shù)則可以追蹤每個工人的動態(tài)，即哪個基因在根尖值班、哪些細胞在葉片中參與合成養(yǎng)分等。本次研究不僅解答了這些問題，還為改造工廠提供了‘操作手冊’。”研究團隊相關(guān)科研人員表示。

　　通過不同類型轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合，該項研究完整呈現(xiàn)了大豆基因表達的時空動態(tài)信息，為理解大豆發(fā)育提供了全新的視角。一是鑒定出大豆各器官特異性表達的基因，并以根瘤特異基因為例，證實GmPMTs基因通過基因串聯(lián)重復擴張，調(diào)控根瘤發(fā)育；二是構(gòu)建器官發(fā)育全景圖譜，以葉片發(fā)育為例，首次發(fā)現(xiàn)展開期葉片的轉(zhuǎn)錄特異性，并對其中關(guān)鍵的長鏈脂肪酸共表達模塊進行了挖掘，為大豆葉片改良提供了新線索；三是構(gòu)建了根尖空間3D轉(zhuǎn)錄圖譜，揭示大豆根尖細胞分化的動態(tài)路徑，為豆科根尖發(fā)育提供了發(fā)育藍圖；四是通過根瘤空間3D單細胞圖譜解析根瘤器官的細胞異質(zhì)性，揭示了根瘤共生基因的空間定位，為“根系-微生物”互作研究建立了細胞級時空坐標系。同時發(fā)現(xiàn)維管束特異性GmHBs基因在根瘤早期發(fā)育中的決定性作用，為提升大豆共生固氮效率提供了新靶點。

　　據(jù)悉，目前相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫已上線并開放訪問，科研人員可通過交互式界面精準檢索目標基因在發(fā)育階段、特定器官及細胞類型中的表達特征，顯著提升功能基因研究效率。此舉可以一鍵獲取基因在大豆生命周期中的動態(tài)表達，有助于加速功能驗證和育種設(shè)計，推動種業(yè)科研全球合作。

原標題：中國科學家成功繪制首個國產(chǎn)大豆的全生命周期器官發(fā)育“時空圖譜”