首个国产大豆“时空图谱”绘制成功
创始人
2025-03-05 09:05:51
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首个国产大豆“时空图谱”绘出,这是农业领域的一项重大突破。通过先进的技术手段,对大豆的生长发育过程进行全面监测和分析,绘制出精准的时空图谱。该图谱能清晰展示大豆在不同时间和空间的生长状态、基因表达等信息,为大豆育种、栽培管理等提供科学依据。有助于精准把握大豆生长规律,提高种植效率和产量,推动国产大豆产业的发展,增强我国在大豆领域的自主可控能力,对保障国家粮食安全具有重要意义。


中国科学院遗传发育所、华大生命科学研究院等单位合作发布最新成果

文/羊城晚报全媒体记者 林园 

图/华大基因提供

记者4日从华大生命科学研究院获悉,中国科学院遗传发育所携手华大生命科学研究院、崖州湾国家实验室和中国科学院基因组研究所等单位,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”,相关成果近日发表于国际权威期刊《分子植物》(Molecular Plant)。该研究首次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。

构建大豆“三维基因表达地图”

大豆是人类重要的蛋白质和油脂来源。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。传统研究往往只能看到“工厂”的整体产量,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?本次研究不仅解答了这些问题,还为改造“工厂”提供了“操作手册”。

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-单细胞-空间”三级转录解析体系:首先基于314份全器官样本的常规转录组(bulk RNA-seq)大数据,精准锁定器官发育阶段和关键器官的特征基因;继而运用单细胞核转录组(snRNA-seq)捕获5大功能器官(根、根瘤、茎尖、叶、茎)的细胞级表达图谱;最终通过时空组学技术Stereo-seq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。

共享大豆研究的“基因百宝箱”

据了解,目前相关转录组数据库已上线并开放访问(SoyOmics: https://ngdc.cncb.ac.cn/soyomics/index;SOTA: https://db.cngb.org/stomics/soybean/),提供基因表达查询、比较、空间定位可视化和3D器官模型探索等模块。用户可通过交互式界面精准检索目标基因在发育阶段、特定器官及细胞类型中的表达特征,显著提升功能基因研究效率。科学家可一键获取基因在大豆生命周期中的动态表达,加速功能验证和育种设计,推动全球合作。

文章共同第一作者、华大生命科学研究院助理研究员陈钏表示:“本次研究构建的时空图谱完整揭示了大豆生长发育过程中基因表达的动态轨迹,为解析大豆器官形成机制、挖掘关键发育调控基因提供了核心技术支撑。相信这些成果将推动我国大豆科技向智慧育种新时代迈进,对保障粮食安全具有重大战略意义。”

未来,通过大豆基因图谱锁定关键基因,可定向改良大豆器官发育,例如增加根瘤固氮能力以减少化肥依赖、优化叶片结构以提升光合产量等。

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