水稻多器官單細胞多組學圖譜出爐

科技日報北京7月15日電 （記者馬愛平）記者15日從中國農業科學院獲悉，該院生物技術研究所（以下簡稱“生物所”）研究員谷曉峯領銜的團隊，繪製出全球首個水稻多器官單細胞多組學圖譜。本次研究覆蓋了8大器官、11.2萬個細胞，首次繪製出包含54種細胞類型的“水稻基因調控地圖”，構建了細胞類型特異基因調控網絡，並實現關鍵基因的高精度定位和智能預測，為精準設計改良水稻高產、優質、抗逆等複雜性狀奠定了分子基礎。相關成果發表於國際權威期刊《自然》。

作為我國主要糧食作物，水稻的根、莖、葉、穗等器官由功能各異的細胞羣構成。論文第一作者、生物所博士後王祥宇告訴科技日報記者，研究團隊開發了“細胞虛擬基因敲除”“細胞類型智能預測”等新算法和模型，實現細胞水平的基因功能預測，並通過基因編輯水稻進行了驗證。“基於大數據和開發的工具，我們現在可精準靶向分櫱芽等特定細胞類型的關鍵基因，實現目標性狀的改良。”王祥宇説，團隊還發現，水稻與玉米、高粱等植物在根的表皮細胞、維管束細胞等功能上存在高度一致性，為跨物種遺傳改良提供了重要線索。

為加速科研成果應用，研究團隊同步構建了全球首個水稻單細胞多組學數據庫Rice-SCMR。該平台整合三大功能模塊：在細胞導航方面，54種細胞類型基因表達與染色質開放狀態查詢；在性狀溯源方面，關聯多個農藝性狀相關遺傳位點與特定細胞類型；在靶點預測方面，基於調控網絡推薦設計育種候選基因。

“團隊揭示的細胞類型功能保守性與多樣性規律，為未來設計具備高產、優質、多抗、新型‘模塊化水稻’奠定了理論基礎。”谷曉峯表示，隨着Rice-SCMR數據庫向全球開放共享，科研人員可精準定位控制目標性狀的細胞類型，進而利用基因編輯技術實現“指哪打哪”的單細胞水平設計育種。