水稻多器官单细胞多组学图谱问世

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  本报北京7月17日电 记者杨舒从中国农业科学院生物技术研究所获悉，该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构，构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱，系统解析了水稻不同细胞类型的功能及其对复杂性状的调控作用，有力助力水稻设计育种。相关研究成果近日发表在国际学术期刊《自然》上。

  单细胞组学是近年来生命科学领域的一项重要技术突破，对揭示细胞间的不同之处，从更精细水平研究细胞功能具有独特优势。中国农业科学院生物技术研究所研究员谷晓峰介绍，水稻是我国最重要的粮食作物之一，其根、茎、叶、种子等器官由多种功能细胞组成，这些细胞类型对水稻发育、产量与抗性都具有重要作用，但目前对其系统鉴定及功能解析的进展仍然有限。因此，利用单细胞等新兴技术，从细胞层面系统刻画水稻不同器官的细胞类型与状态，解析其分子调控机制，可以为解析水稻发育和重要农艺性状的形成提供新路径。

  本次研究针对水稻8个器官中超过11万个细胞开展研究，对其中的基因进行同步测序和深度分析，最终，通过原位杂交实验验证了54种细胞类型，并构建了细胞类型特异的基因调控网络。

  研究团队首次发现，水稻的花序分生组织中存在“过渡态”细胞，并揭示了其在细胞命运转变中的关键作用。团队还识别并验证了多个关键调控基因在特定细胞类型中的功能，如RSR1基因能够调控根皮层细胞发育，F3H基因能够协调碳氮代谢等。研究还整合全基因组关联分析数据，发现水稻株高、粒型、结实率等农艺性状与特定细胞类型之间存在对应关系，并揭示细胞功能在进化过程中的保守性与多样性。

  本次研究还正式发布水稻单细胞多组学数据库Rice-SCMR，为功能基因挖掘与智能育种提供了基础平台。这些研究成果为水稻单细胞水平智能设计育种提供了数据、基因和技术基础，为作物改良开辟了新路。