大豆既是人類(lèi)重要的蛋白質(zhì)和油脂來(lái)源，更承載著應(yīng)對(duì)全球糧食危機(jī)的希望。借助分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)，能夠有效加速大豆育種，然而，其復(fù)雜的器官發(fā)育機(jī)制長(zhǎng)期困擾著科學(xué)家。

研究團(tuán)隊(duì)以國(guó)產(chǎn)大豆品種“中黃13”為研究對(duì)象，開(kāi)創(chuàng)性地構(gòu)建了“宏觀(guān)-單細(xì)胞-空間”三級(jí)轉(zhuǎn)錄解析體系：首先基于314份全器官樣本的常規(guī)轉(zhuǎn)錄組(bulk RNA-seq)大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)鎖定器官發(fā)育階段和關(guān)鍵器官的特征基因;繼而運(yùn)用單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組(snRNA-seq)捕獲五大功能器官(根、根瘤、莖尖、葉、莖)的細(xì)胞級(jí)表達(dá)圖譜;最終通過(guò)時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq呈現(xiàn)基因表達(dá)的三維空間位置信息。通過(guò)多維技術(shù)融合，首次實(shí)現(xiàn)大豆器官的3D基因表達(dá)可視化。

“如果把大豆的每個(gè)器官都當(dāng)成一座精密運(yùn)作的工廠(chǎng)，那么基因就是流水線(xiàn)上的工人，而轉(zhuǎn)錄組圖譜就是工廠(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)研究往往只能看到工廠(chǎng)整體產(chǎn)量，而新技術(shù)則可以追蹤每個(gè)工人的動(dòng)態(tài)，即哪個(gè)基因在根尖值班?哪些細(xì)胞在葉片中參與合成養(yǎng)分?本次研究不僅解答了這些問(wèn)題，還為改造工廠(chǎng)提供了‘操作手冊(cè)’。”研究團(tuán)隊(duì)相關(guān)科研人員表示。

通過(guò)不同類(lèi)型轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合，本項(xiàng)研究完整呈現(xiàn)了大豆基因表達(dá)的時(shí)空動(dòng)態(tài)信息，為理解大豆發(fā)育提供了全新的視角。目前相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)已上線(xiàn)并開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn)，科研人員可通過(guò)交互式界面精準(zhǔn)檢索目標(biāo)基因在發(fā)育階段、特定器官及細(xì)胞類(lèi)型中的表達(dá)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(dòng)態(tài)表達(dá)，有助于加速功能驗(yàn)證和育種設(shè)計(jì)，推動(dòng)種業(yè)科研全球合作。