7月9日，中国农业科学院生物技术研究所作物耐逆性调控与改良创新团队联合国内外研究机构，构建了首个水稻多器官单细胞多组学图谱，系统解析了细胞类型的功能及其对复杂性状的调控作用，并预测和挖掘出多个细胞类型特异的性状调控基因，为水稻设计育种提供了细胞水平特异候选靶点。相关研究成果发表在《自然（Nature）》上。
单细胞组学是近年来生命科学领域的一项重要技术突破，对揭示细胞间的异质性，从更精细水平研究细胞功能具有独特优势。水稻是我国最重要的粮食作物之一，其根、茎、叶、种子等器官由多种功能细胞组成，这些细胞类型对水稻发育、产量与抗性都具有重要作用，但对其系统鉴定及功能解析进展较少。利用单细胞等新兴技术，从细胞层面系统刻画不同器官的细胞类型与状态，解析其分子调控机制，可为解析水稻发育和重要农艺性状的形成提供新路径。
该研究对水稻8个器官中超过11万个细胞的RNA表达与染色质可及性状态进行了同步测序和深度分析，通过原位杂交实验验证了54种细胞类型，并构建了细胞类型特异的基因调控网络。研究首次发现花序分生组织中存在“过渡态”细胞，揭示其在细胞命运转变中的关键作用。通过共表达网络分析、motif富集预测与“虚拟敲除”模拟，科研团队识别并验证了多个关键调控基因在特定细胞类型中的功能，如RSR1调控根皮层细胞发育，F3H协调碳氮代谢，LTPL120调节分蘖与株型建成。同时，研究整合全基因组关联分析（GWAS）数据，发现农艺性状与特定细胞类型之间存在对应关系，并揭示了细胞功能在进化过程中的保守性与多样性。此外，科研团队还正式发布水稻单细胞多组学数据库Rice-SCMR，为功能基因挖掘与智能育种提供了基础平台。该研究为水稻单细胞水平智能设计育种提供了数据、基因和技术基础，为作物改良开辟了新途径。
该研究得到农业生物育种国家重大科技项目、国家自然科学基金等项目的支持。（通讯员 崔艳）
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09251-0
