7月9日，中國農業(yè)科學院生物技術研究所作物耐逆性調控與改良創(chuàng)新團隊聯(lián)合國內外研究機構，構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控作用，并預測和挖掘出多個細胞類型特異的性狀調控基因，為水稻設計育種提供了細胞水平特異候選靶點。相關研究成果發(fā)表在《自然（Nature）》上。

 

　　單細胞組學是近年來生命科學領域的一項重要技術突破，對揭示細胞間的異質性，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，從細胞層面系統(tǒng)刻畫不同器官的細胞類型與狀態(tài)，解析其分子調控機制，可為解析水稻發(fā)育和重要農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，并構建了細胞類型特異的基因調控網絡。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變中的關鍵作用。通過共表達網絡分析、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鍵調控基因在特定細胞類型中的功能，如RSR1調控根皮層細胞發(fā)育，F(xiàn)3H協(xié)調碳氮代謝，LTPL120調節(jié)分蘗與株型建成。同時，研究整合全基因組關聯(lián)分析（GWAS）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)農藝性狀與特定細胞類型之間存在對應關系，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平臺。該研究為水稻單細胞水平智能設計育種提供了數(shù)據(jù)、基因和技術基礎，為作物改良開辟了新途徑。

 

　　該研究得到農業(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