記者3月24日獲悉，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所攜手華大生命科學(xué)研究院和中國科學(xué)院基因組研究所等單位，成功繪制出首個(gè)國產(chǎn)大豆的全生命周期器官發(fā)育“時(shí)空?qǐng)D譜”。該研究呈現(xiàn)了大豆基因表達(dá)的時(shí)空動(dòng)態(tài)信息，為理解大豆發(fā)育提供了新視角。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《分子植物》上。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)以國產(chǎn)大豆品種“中黃13”為研究對(duì)象，基于314份全器官樣本的常規(guī)轉(zhuǎn)錄組大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)鎖定器官發(fā)育階段和關(guān)鍵器官的特征基因。繼而研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組捕獲5大功能器官，即根、根瘤、莖尖、葉、莖的細(xì)胞級(jí)表達(dá)圖譜，最終通過時(shí)空組學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)基因表達(dá)的三維空間位置信息，并通過多維技術(shù)融合，首次實(shí)現(xiàn)大豆器官的3D基因表達(dá)可視化。
通過不同類型轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合，該研究鑒定出大豆各器官特異性表達(dá)的基因，并以根瘤特異基因?yàn)槔?，證實(shí)GmPMTs基因通過基因串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)張，調(diào)控根瘤發(fā)育。此外，研究還構(gòu)建了器官發(fā)育全景圖譜，以葉片發(fā)育為例，首次發(fā)現(xiàn)展開期葉片的轉(zhuǎn)錄特異性，并對(duì)其中關(guān)鍵的長鏈脂肪酸共表達(dá)模塊進(jìn)行了挖掘，為大豆葉片改良提供新線索。
同時(shí)，該研究還構(gòu)建出根尖空間3D轉(zhuǎn)錄圖譜，揭示大豆根尖細(xì)胞分化的動(dòng)態(tài)路徑，為豆科根尖發(fā)育提供了發(fā)育藍(lán)圖。通過根瘤空間3D單細(xì)胞圖譜解析根瘤器官的細(xì)胞異質(zhì)性，研究揭示根瘤共生基因的空間定位，為“根系—微生物”互作研究建立了細(xì)胞級(jí)時(shí)空坐標(biāo)系，并發(fā)現(xiàn)維管束特異性GmHBs基因在根瘤早期發(fā)育中的決定性作用，為提升大豆共生固氮效率提供新靶點(diǎn)。
華大生命科學(xué)研究院助理研究員陳釧表示：“本次研究為解析大豆器官形成機(jī)制、挖掘關(guān)鍵發(fā)育調(diào)控基因提供了相應(yīng)技術(shù)支撐。相信這些成果將推動(dòng)我國向大豆智慧育種新階段邁進(jìn)。”
記者3月24日獲悉，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所攜手華大生命科學(xué)研究院和中國科學(xué)院基因組研究所等單位，成功繪制出首個(gè)國產(chǎn)大豆的全生命周期器官發(fā)育“時(shí)空?qǐng)D譜”。該研究呈現(xiàn)了大豆基因表達(dá)的時(shí)空動(dòng)態(tài)信息，為理解大豆發(fā)育提供了新視角。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《分子植物》上。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)以國產(chǎn)大豆品種“中黃13”為研究對(duì)象，基于314份全器官樣本的常規(guī)轉(zhuǎn)錄組大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)鎖定器官發(fā)育階段和關(guān)鍵器官的特征基因。繼而研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組捕獲5大功能器官，即根、根瘤、莖尖、葉、莖的細(xì)胞級(jí)表達(dá)圖譜，最終通過時(shí)空組學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)基因表達(dá)的三維空間位置信息，并通過多維技術(shù)融合，首次實(shí)現(xiàn)大豆器官的3D基因表達(dá)可視化。
通過不同類型轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合，該研究鑒定出大豆各器官特異性表達(dá)的基因，并以根瘤特異基因?yàn)槔?，證實(shí)GmPMTs基因通過基因串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)張，調(diào)控根瘤發(fā)育。此外，研究還構(gòu)建了器官發(fā)育全景圖譜，以葉片發(fā)育為例，首次發(fā)現(xiàn)展開期葉片的轉(zhuǎn)錄特異性，并對(duì)其中關(guān)鍵的長鏈脂肪酸共表達(dá)模塊進(jìn)行了挖掘，為大豆葉片改良提供新線索。
同時(shí)，該研究還構(gòu)建出根尖空間3D轉(zhuǎn)錄圖譜，揭示大豆根尖細(xì)胞分化的動(dòng)態(tài)路徑，為豆科根尖發(fā)育提供了發(fā)育藍(lán)圖。通過根瘤空間3D單細(xì)胞圖譜解析根瘤器官的細(xì)胞異質(zhì)性，研究揭示根瘤共生基因的空間定位，為“根系—微生物”互作研究建立了細(xì)胞級(jí)時(shí)空坐標(biāo)系，并發(fā)現(xiàn)維管束特異性GmHBs基因在根瘤早期發(fā)育中的決定性作用，為提升大豆共生固氮效率提供新靶點(diǎn)。
華大生命科學(xué)研究院助理研究員陳釧表示：“本次研究為解析大豆器官形成機(jī)制、挖掘關(guān)鍵發(fā)育調(diào)控基因提供了相應(yīng)技術(shù)支撐。相信這些成果將推動(dòng)我國向大豆智慧育種新階段邁進(jìn)。”
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