記者15日從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院生物技術(shù)研究所研究員谷曉峰領(lǐng)銜的團隊，繪制出全球首個水稻多器官單細(xì)胞多組學(xué)圖譜。本次研究覆蓋了8大器官、11.2萬個細(xì)胞，首次繪制出包含54種細(xì)胞類型的“水稻基因調(diào)控地圖”，構(gòu)建了細(xì)胞類型特異基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)關(guān)鍵基因的高精度定位和智能預(yù)測，為精準(zhǔn)設(shè)計改良水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等復(fù)雜性狀奠定了分子基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)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(xì)胞群構(gòu)成。論文第一作者、生物所博士后王祥宇告訴科技日報記者，研究團隊開發(fā)了“細(xì)胞虛擬基因敲除”“細(xì)胞類型智能預(yù)測”等新算法和模型，實現(xiàn)細(xì)胞水平的基因功能預(yù)測，并通過基因編輯水稻進行了驗證?！盎诖髷?shù)據(jù)和開發(fā)的工具，我們現(xiàn)在可精準(zhǔn)靶向分蘗芽等特定細(xì)胞類型的關(guān)鍵基因，實現(xiàn)目標(biāo)性狀的改良。”王祥宇說，團隊還發(fā)現(xiàn)，水稻與玉米、高粱等植物在根的表皮細(xì)胞、維管束細(xì)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(yīng)用，研究團隊同步構(gòu)建了全球首個水稻單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)庫Rice-SCMR。該平臺整合三大功能模塊：在細(xì)胞導(dǎo)航方面，54種細(xì)胞類型基因表達與染色質(zhì)開放狀態(tài)查詢；在性狀溯源方面，關(guān)聯(lián)多個農(nóng)藝性狀相關(guān)遺傳位點與特定細(xì)胞類型；在靶點預(yù)測方面，基于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推薦設(shè)計育種候選基因。
“團隊揭示的細(xì)胞類型功能保守性與多樣性規(guī)律，為未來設(shè)計具備高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、新型‘模塊化水稻’奠定了理論基礎(chǔ)?！惫葧苑灞硎?，隨著Rice-SCMR數(shù)據(jù)庫向全球開放共享，科研人員可精準(zhǔn)定位控制目標(biāo)性狀的細(xì)胞類型，進而利用基因編輯技術(shù)實現(xiàn)“指哪打哪”的單細(xì)胞水平設(shè)計育種。
