記者15日從中國(guó)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(tuán)隊(duì)，繪制出全球首個(gè)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(wàn)個(gè)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(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基因的高精度定位和智能預(yù)測(cè)，為精準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(guó)際權(quán)威期刊《自然》。
作為我國(guó)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?qǐng)?bào)記者，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“細(xì)胞虛擬基因敲除”“細(xì)胞類型智能預(yù)測(cè)”等新算法和模型，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的基因功能預(yù)測(cè)，并通過(guò)基因編輯水稻進(jìn)行了驗(yàn)證。“基于大數(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(shí)現(xiàn)目標(biāo)性狀的改良。”王祥宇說(shuō)，團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)同步構(gòu)建了全球首個(gè)水稻單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)Rice-SCMR。該平臺(tái)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(dá)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(gè)農(nóng)藝性狀相關(guān)遺傳位點(diǎn)與特定細(xì)胞類型；在靶點(diǎn)預(yù)測(cè)方面，基于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推薦設(shè)計(jì)育種候選基因。
“團(tuán)隊(duì)揭示的細(xì)胞類型功能保守性與多樣性規(guī)律，為未來(lái)設(shè)計(jì)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)。”谷曉峰表示，隨著Rice-SCMR數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)而利用基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)“指哪打哪”的單細(xì)胞水平設(shè)計(jì)育種。
