7月9日，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所作物耐逆性調(diào)控與改良創(chuàng)新團隊聯(lián)合國內(nèi)外研究機構(gòu)，構(gòu)建了首個水稻多器官單細胞多組學圖譜，系統(tǒng)解析了細胞類型的功能及其對復雜性狀的調(diào)控作用，并預測和挖掘出多個細胞類型特異的性狀調(diào)控基因，為水稻設(shè)計育種提供了細胞水平特異候選靶點。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然（Nature）》上。

 

　　單細胞組學是近年來生命科學領(lǐng)域的一項重要技術(shù)突破，對揭示細胞間的異質(zhì)性，從更精細水平研究細胞功能具有獨特優(yōu)勢。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(fā)育、產(chǎn)量與抗性都具有重要作用，但對其系統(tǒng)鑒定及功能解析進展較少。利用單細胞等新興技術(shù)，從細胞層面系統(tǒng)刻畫不同器官的細胞類型與狀態(tài)，解析其分子調(diào)控機制，可為解析水稻發(fā)育和重要農(nóng)藝性狀的形成提供新路徑。

 

　　該研究對水稻8個器官中超過11萬個細胞的RNA表達與染色質(zhì)可及性狀態(tài)進行了同步測序和深度分析，通過原位雜交實驗驗證了54種細胞類型，并構(gòu)建了細胞類型特異的基因調(diào)控網(wǎng)絡。研究首次發(fā)現(xiàn)花序分生組織中存在“過渡態(tài)”細胞，揭示其在細胞命運轉(zhuǎn)變中的關(guān)鍵作用。通過共表達網(wǎng)絡分析、motif富集預測與“虛擬敲除”模擬，科研團隊識別并驗證了多個關(guān)鍵調(diào)控基因在特定細胞類型中的功能，如RSR1調(diào)控根皮層細胞發(fā)育，F(xiàn)3H協(xié)調(diào)碳氮代謝，LTPL120調(diào)節(jié)分蘗與株型建成。同時，研究整合全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)農(nóng)藝性狀與特定細胞類型之間存在對應關(guān)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，科研團隊還正式發(fā)布水稻單細胞多組學數(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。該研究為水稻單細胞水平智能設(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途徑。

 

　　該研究得到農(nóng)業(yè)生物育種國家重大科技項目、國家自然科學基金等項目的支持。

 

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09251-0