用“生命照相机”拍张照片，华大等单位打开国产大豆的“基因百宝箱”

大豆，被誉为“绿色黄金”。为了加速大豆育种，科学家一直以来致力于大豆器官发育机制的研究。近日，中国科学院遗传发育所携手华大生命科学研究院、崖州湾国家实验室、中国科学院基因组研究所等单位取得研究新进展，“解锁”了首个国产大豆的全生命周期器官发育“时空图谱”，实现了大豆基因表达在发育阶段、细胞类型和空间定位的精准解析。相关成果发表于国际权威期刊《分子植物》（Molecular Plant）。

Molecular Plant官网截图。

华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq被称为“超广角百亿像素生命照相机”。在这项研究中，研究团队为国产大豆“拍了张照片”，通过“照片”构建起了一张国产大豆的“三维基因地图”。

具体而言，研究团队以国产大豆品种“中黄13”为研究对象。基于314份全器官样本的常规转录组（bulk RNA-seq）大数据，获得了根、根瘤、茎尖、叶、茎五大功能性器官的细胞级表达图谱，并通过时空组学技术Stereo-seq呈现出基因表达的三维空间位置信息。

大豆器官发育的时空图谱，图片来自官网。

在这张“三维基因地图”中，研究团队发现了一些关键信息。比如，在叶片发育中，研究团队首次发现展开期叶片的转录特异性，并对其中关键的长链脂肪酸共表达模块进行了挖掘。这将为大豆叶片改良提供了新线索。再比如，研究团队发现在根瘤早期发育中，维管束特异性GmHBs基因起了决定性作用，这将为提升大豆共生固氮效率提供了新靶点。

文章共同第一作者、华大生命科学研究院助理研究员陈钏表示：“本次研究构建的时空图谱完整揭示了大豆生长发育过程中基因表达的动态轨迹，为解析大豆器官形成机制、挖掘关键发育调控基因提供了核心技术支撑。相信这些成果将推动我国大豆科技向智慧育种新时代迈进，对保障粮食安全具有重大战略意义。”未来，通过大豆基因图谱锁定关键基因，可定向改良大豆器官发育，例如增加根瘤固氮能力以减少化肥依赖，或优化叶片结构以提升光合产量。

中国科学院遗传发育所博士后范敬伟、中国科学院遗传发育所/崖州湾国家实验室青年研究员申妍婷、华大生命科学研究院助理研究员陈钏和陈希为论文共同第一作者。中国科学院遗传发育所/崖州湾国家实验室田志喜研究员、华大生命科学研究院资深副院长刘心研究员、院长徐讯研究员和中国科学院遗传发育所/崖州湾国家实验室青年研究员申妍婷为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、泰山学者计划和科学探索奖项目的资助。

据悉，相关转录组数据库已上线并开放访问，提供基因表达查询、比较、空间定位可视化和3D器官模型探索等模块。

编辑 高原 审读 伊诺 二审 张玉洁 三审 徐雅乔