大豆是全球重要的糧油兼用作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關乎糧食安全�；ㄋ幾鳛橹参锏男坌陨称鞴伲湔０l(fā)育是產(chǎn)生有活力花粉、保障作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的核心基礎。然而，花藥內(nèi)部包含多種功能迥異的細胞類型，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組測序分析難以精準解析不同細胞在發(fā)育過程中的獨特功能及細胞間的通訊機制，這也成為深入解析植物雄性生殖機制，尤其是雄性不育機制的重要瓶頸。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所馮獻忠研究員團隊題為“A single-nucleus transcriptome atlas of soybean anthers”的研究論文。該研究繪制了大豆花藥發(fā)育的高分辨率單細胞核轉(zhuǎn)錄組圖譜，為大豆雄性生殖發(fā)育研究和雜交育種創(chuàng)新提供了重要資源與新的研究思路。

該研究利用單細胞核RNA測序技術，對大豆花藥多個關鍵發(fā)育階段的樣本進行系統(tǒng)分析，捕獲超13萬個細胞核，鑒定出涵蓋體細胞與生殖細胞譜系的9種花藥細胞類型，完整還原了生殖細胞從分化到成熟的全發(fā)育軌跡。在二倍體花粉母細胞發(fā)育為單倍體單核花粉的過程中，細胞核內(nèi)總體轉(zhuǎn)錄本數(shù)量雖呈下降趨勢，卻有大量新基因被激活；進入雙核花粉階段后，營養(yǎng)細胞與生殖細胞的功能分化趨于明確，開啟差異化發(fā)育路徑：營養(yǎng)細胞上調(diào)翻譯相關基因，為花粉管生長儲備充足的能量與物質(zhì)；生殖細胞則側(cè)重調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)，加速mRNA的轉(zhuǎn)運與降解，為后續(xù)受精過程做好準備。同時，該研究挖掘出一批雄性不育相關候選基因，并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)育和育性的調(diào)控作用。

大豆花藥發(fā)育過程中涉及的主要細胞類型及激活的關鍵通路

綜上所述，該研究填補了大豆花藥高分辨率單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜的研究空白，為深入解析大豆雄性生殖發(fā)育的分子機制提供了重要數(shù)據(jù)資源，同時也為大豆雜交育種中理想雄性不育系的創(chuàng)制提供了精準基因靶點。

作者簡介

中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所周煌凱、陳笑和楊新晶博士為論文共同第一作者，馮獻忠研究員為通訊作者。相關工作得到國家自然科學基金、之江實驗室、吉林省科技發(fā)展計劃項目等資助。