東北地理所在大豆花藥高分辨率單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜繪制方面取得進(jìn)展
大豆是全球重要的糧油兼用作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關(guān)系糧食安全。花藥是植物的雄性生殖器官，其正常發(fā)育是產(chǎn)生有活力花粉、保障作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)。然而，花藥內(nèi)包含多種功能各異的細(xì)胞類型，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)難以精確解析不同細(xì)胞在發(fā)育過程中的獨特功能與彼此間的細(xì)胞通訊，這限制了對雄性生殖機(jī)制，特別是雄性不育機(jī)制的深入理解。
為解決上述問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計育種重點實驗室馮獻(xiàn)忠研究員團(tuán)隊聯(lián)合之江實驗室、北京大學(xué)等單位利用單細(xì)胞核RNA測序技術(shù)，系統(tǒng)分析了大豆花藥多個關(guān)鍵發(fā)育階段的樣本，捕獲超13萬個細(xì)胞核，精準(zhǔn)鑒定出9種涵蓋體細(xì)胞與生殖細(xì)胞譜系的花藥細(xì)胞類型，完整還原了生殖細(xì)胞從分化到成熟的全發(fā)育軌跡。研究發(fā)現(xiàn)，從二倍體的花粉母細(xì)胞發(fā)育為單倍體的單核花粉時，盡管細(xì)胞核內(nèi)總體轉(zhuǎn)錄本數(shù)量下降，卻有一大批新基因被激活。當(dāng)進(jìn)入雙核花粉階段，內(nèi)部的營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞“分工”明確，走上了截然不同的發(fā)育道路：營養(yǎng)細(xì)胞積極上調(diào)翻譯相關(guān)機(jī)制，為花粉管生長儲備能量與物質(zhì)；而生殖細(xì)胞則側(cè)重于調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)、加速mRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)與降解，這可能有助于維持其遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定，為受精做準(zhǔn)備。同時通過基因編輯和突變體驗證，明確了OSD1A、PKSA等基因?qū)ǚ郯l(fā)育和育性的核心調(diào)控作用，挖掘出了一批與雄性不育相關(guān)的新候選基因。該研究繪制了首個大豆花藥發(fā)育的高分辨率單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組圖譜，填補(bǔ)了大豆花藥高分辨率單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜的空白，不僅為深入解析大豆雄性生殖發(fā)育分子機(jī)制提供了寶貴數(shù)據(jù)集，更為大豆雜交育種中理想雄性不育系的創(chuàng)制提供了精準(zhǔn)靶點。
相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊Journal of Genetics and Genomics上。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所已畢業(yè)博士研究生周煌凱、助理研究員陳笑和特別研究助理楊新晶為論文共同第一作者，馮獻(xiàn)忠研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、之江實驗室和吉林省科技發(fā)展計劃項目等項目的資助。
論文信息：
Huangkai Zhou, Xiao Chen, Xinjing Yang, Tao Wu, Pengfei Ren, Yingying Tian, Javaid Akhter Bhat, Lin Weng, Ye Zhang, Diming Zhang, Genji Qin, Xuemei Chen, Xianzhong Feng. (2026). A single-nucleus transcriptome atlas of soybean anthers. Journal of Genetics and Genomics.
大豆花藥發(fā)育過程中涉及的主要細(xì)胞類型以及激活的關(guān)鍵通路
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