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澳门赌场遗传与发育生物学研究所研究人员与合作者,成功绘制了首个国产大豆的全生命周期器官发育“时空图谱”。该研究实现了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,对揭示大豆器官发育机制具有重要意义。相关研究成果近日发表于《分子植物》。
大豆被誉为“绿色黄金”,不仅是人类重要的蛋白质和油脂来源,更承载着应对全球粮食危机的希望。借助分子设计育种技术,能够有效加速大豆育种,然而其复杂的器官发育机制长期困扰着科学家。
如果把大豆的每个器官当成一座精密运作的工厂,那么基因就是流水线上的工人,而转录组图谱就是工厂的监控系统。传统研究中,人们往往只能看到工厂整体产量,而新技术则可以追踪每个工人的动态——哪个基因在根尖值班、哪些细胞在叶片中参与合成养分。
研究团队以国产大豆品种“中黄13”为研究对象,开创性地构建了“宏观—细胞—空间”三级转录解析体系。他们基于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,随后运用单细胞核转录组捕获五大功能器官——根、根瘤、茎尖、叶、茎的细胞级表达图谱。最终,研究团队通过时空组学技术呈现基因表达的三维空间位置信息,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,堪称大豆界的“地图”。
通过不同类型转录组数据的整合,此次研究完整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前所未有的视角。研究人员通过根瘤空间3D单细胞图谱解析根瘤器官的细胞异质性,揭示了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,同时发现维管束特异性GmHBs基因在根瘤早期发育中具有决定性作用,为提高大豆共生固氮效率提供了新靶点。
相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.02.003
(原载于《中国科学报》?2025-03-06?第3版?综合)
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