本报讯（记者刁雯蕙）中国科学院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：10.1016/j.molp.2025.02.003
