首个国产大豆全生命周期器官发育“时空图谱”绘制

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记者3月24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”。该研究呈现了大豆基因表达的时空动态信息，为理解大豆发育提供了新视角。相关研究成果日前发表在《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。继而研究团队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。此外，研究还构建了器官发育全景图谱，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，研究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向大豆智慧育种新阶段迈进。”

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