科技日报记者 罗云鹏
记者3月4日获悉，中国科学院遗传与发育生物学研究所携手华大生命科学研究院、崖州湾国家实验室和中国科学院基因组研究所等单位，成功绘制出首个国产大豆的全生命周期器官发育“时空图谱”，该研究首次实现大豆基因表达在发育阶段、细胞类型和空间定位的精准解析，为破解大豆器官发育机制提供了里程碑式资源。相关研究成果发表在《分子植物》上。
据悉，研究团队以国产大豆品种“中黄13”为研究对象，基于314份全器官样本的常规转录组大数据，精准锁定器官发育阶段和关键器官的特征基因，继而运用单细胞核转录组捕获5大功能器官，即根、根瘤、茎尖、叶、茎的细胞级表达图谱，最终通过时空组学技术呈现基因表达的三维空间位置信息，并通过多维技术融合，首次实现大豆器官的3D基因表达可视化。
通过不同类型转录组数据的整合，该研究鉴定出大豆各器官特异性表达的基因，并以根瘤特异基因为例，证实GmPMTs基因通过基因串联重复扩张，调控根瘤发育；构建器官发育全景图谱，以叶片发育为例，首次发现展开期叶片的转录特异性，并对其中关键的长链脂肪酸共表达模块进行了挖掘，为大豆叶片改良提供新线索。
同时，该研究还构建出根尖空间3D转录图谱，揭示大豆根尖细胞分化的动态路径，为豆科根尖发育提供了发育蓝图；通过根瘤空间3D单细胞图谱解析根瘤器官的细胞异质性，亦揭示根瘤共生基因的空间定位，为“根系-微生物”互作研究建立了细胞级时空坐标系，并发现维管束特异性GmHBs基因在根瘤早期发育中的决定性作用，为提升大豆共生固氮效率提供新靶点。
华大生命科学研究院助理研究员陈钏表示：“本次研究为解析大豆器官形成机制、挖掘关键发育调控基因提供了相应技术支撑，相信这些成果将推动我国大豆科技向智慧育种新时代迈进。”
