東北地理所在大豆花藥高分辨率單細胞轉錄圖譜繪制方面取得進展
大豆是全球重要的糧油兼用作物，其產量和品質直接關系糧食安全。花藥是植物的雄性生殖器官，其正常發育是產生有活力花粉、保障作物產量的基礎。然而，花藥內包含多種功能各異的細胞類型，傳統的轉錄組測序技術難以精確解析不同細胞在發育過程中的獨特功能與彼此間的細胞通訊，這限制了對雄性生殖機制，特別是雄性不育機制的深入理解。
為解決上述問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種重點實驗室馮獻忠研究員團隊聯合之江實驗室、北京大學等單位利用單細胞核RNA測序技術，系統分析了大豆花藥多個關鍵發育階段的樣本，捕獲超13萬個細胞核，精準鑒定出9種涵蓋體細胞與生殖細胞譜系的花藥細胞類型，完整還原了生殖細胞從分化到成熟的全發育軌跡。研究發現，從二倍體的花粉母細胞發育為單倍體的單核花粉時，盡管細胞核內總體轉錄本數量下降，卻有一大批新基因被激活。當進入雙核花粉階段，內部的營養細胞和生殖細胞“分工”明確，走上了截然不同的發育道路：營養細胞積極上調翻譯相關機制，為花粉管生長儲備能量與物質；而生殖細胞則側重于調控染色質狀態、加速mRNA的轉運與降解，這可能有助于維持其遺傳物質的穩定，為受精做準備。同時通過基因編輯和突變體驗證，明確了OSD1A、PKSA等基因對花粉發育和育性的核心調控作用，挖掘出了一批與雄性不育相關的新候選基因。該研究繪制了首個大豆花藥發育的高分辨率單細胞核轉錄組圖譜，填補了大豆花藥高分辨率單細胞轉錄圖譜的空白，不僅為深入解析大豆雄性生殖發育分子機制提供了寶貴數據集，更為大豆雜交育種中理想雄性不育系的創制提供了精準靶點。
相關成果發表在國際期刊Journal of Genetics and Genomics上。中國科學院東北地理與農業生態研究所已畢業博士研究生周煌凱、助理研究員陳笑和特別研究助理楊新晶為論文共同第一作者，馮獻忠研究員為通訊作者。相關工作得到了國家自然科學基金委、之江實驗室和吉林省科技發展計劃項目等項目的資助。
論文信息：
Huangkai Zhou, Xiao Chen, Xinjing Yang, Tao Wu, Pengfei Ren, Yingying Tian, Javaid Akhter Bhat, Lin Weng, Ye Zhang, Diming Zhang, Genji Qin, Xuemei Chen, Xianzhong Feng. (2026). A single-nucleus transcriptome atlas of soybean anthers. Journal of Genetics and Genomics.
大豆花藥發育過程中涉及的主要細胞類型以及激活的關鍵通路
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