JGG | 中科院東北地理所馮獻忠團隊繪制大豆花藥高分辨率單核轉錄組圖譜

大豆是全球重要的糧油兼用作物，其產量和品質直接關乎糧食安全?；ㄋ幾鳛橹参锏男坌陨称鞴?，其正常發育是產生有活力花粉、保障作物穩產高產的核心基礎。然而，花藥內部包含多種功能迥異的細胞類型，傳統轉錄組測序分析難以精準解析不同細胞在發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在線發表中國科學院東北地理與農業生態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育的高分辨率單細胞核轉錄組圖譜，為大豆雄性生殖發育研究和雜交育種創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育階段的樣本進行系統分析，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育軌跡。在二倍體花粉母細胞發育為單倍體單核花粉的過程中，細胞核內總體轉錄本數量雖呈下降趨勢，卻有大量新基因被激活；進入雙核花粉階段后，營養細胞與生殖細胞的功能分化趨于明確，開啟差異化發育路徑：營養細胞上調翻譯相關基因，為花粉管生長儲備充足的能量與物質；生殖細胞則側重調控染色質狀態，加速mRNA的轉運與降解，為后續受精過程做好準備。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等基因對花粉發育和育性的調控作用。

大豆花藥發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錄組圖譜的研究空白，為深入解析大豆雄性生殖發育的分子機制提供了重要數據資源，同時也為大豆雜交育種中理想雄性不育系的創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業生態研究所周煌凱、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、吉林省科技發展計劃項目等資助。