中國科學院攜手崖州灣國家實驗室等單位聯合攻關
首個國產大豆“時空圖譜”繪出

海南日報訊(海南日報全媒體記者 黃媛艷)近日，中國科學院遺傳發育所攜手華大生命科學研究院、崖州灣國家實驗室和中國科學院基因組研究所等單位，成功繪制了首個國產大豆的全生命周期器官發育“時空圖譜”，相關成果發表于國際權威期刊《分子植物》。該研究首次實現了大豆基因表達在發育階段、細胞類型和空間定位方面的精準解析，為破解大豆器官發育機制提供了里程碑式資源。

大豆既是人類重要的蛋白質和油脂來源，更承載著應對全球糧食危機的希望。借助分子設計育種技術，能夠有效加速大豆育種，然而，其復雜的器官發育機制長期困擾著科學家。

研究團隊以國產大豆品種“中黃13”為研究對象，開創性地構建了“宏觀-單細胞-空間”三級轉錄解析體系：首先基于314份全器官樣本的常規轉錄組(bulk RNA-seq)大數據，精準鎖定器官發育階段和關鍵器官的特征基因;繼而運用單細胞核轉錄組(snRNA-seq)捕獲五大功能器官(根、根瘤、莖尖、葉、莖)的細胞級表達圖譜;最終通過時空組學技術Stereo-seq呈現基因表達的三維空間位置信息。通過多維技術融合，首次實現大豆器官的3D基因表達可視化。

“如果把大豆的每個器官都當成一座精密運作的工廠，那么基因就是流水線上的工人，而轉錄組圖譜就是工廠的監控系統。傳統研究往往只能看到工廠整體產量，而新技術則可以追蹤每個工人的動態，即哪個基因在根尖值班?哪些細胞在葉片中參與合成養分?本次研究不僅解答了這些問題，還為改造工廠提供了‘操作手冊’。”研究團隊相關科研人員表示。

通過不同類型轉錄組數據的整合，本項研究完整呈現了大豆基因表達的時空動態信息，為理解大豆發育提供了全新的視角。目前相關轉錄組數據庫已上線并開放訪問，科研人員可通過交互式界面精準檢索目標基因在發育階段、特定器官及細胞類型中的表達特征，顯著提升功能基因研究效率。此舉可以一鍵獲取基因在大豆生命周期中的動態表達，有助于加速功能驗證和育種設計，推動種業科研全球合作。