陕西
大豆是全球重要的粮油兼用作物，其产量和品质直接关乎粮食安全。花药作为植物的雄性生殖器官，其正常发育是产生有活力花粉、保障作物稳产高产的核心基础。然而，花药内部包含多种功能迥异的细胞类型，传统转录组测序分析难以精准解析不同细胞在发育过程中的独特功能及细胞间的通讯机制，这也成为深入解析植物雄性生殖机制，尤其是雄性不育机制的重要瓶颈。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国科学院东北地理与农业生态研究所冯献忠研究员团队题为“A single-nucleus transcriptome atlas of soybean anthers”的研究论文。该研究绘制了大豆花药发育的高分辨率单细胞核转录组图谱，为大豆雄性生殖发育研究和杂交育种创新提供了重要资源与新的研究思路。
该研究利用单细胞核RNA测序技术，对大豆花药多个关键发育阶段的样本进行系统分析，捕获超13万个细胞核，鉴定出涵盖体细胞与生殖细胞谱系的9种花药细胞类型，完整还原了生殖细胞从分化到成熟的全发育轨迹。在二倍体花粉母细胞发育为单倍体单核花粉的过程中，细胞核内总体转录本数量虽呈下降趋势，却有大量新基因被激活；进入双核花粉阶段后，营养细胞与生殖细胞的功能分化趋于明确，开启差异化发育路径：营养细胞上调翻译相关基因，为花粉管生长储备充足的能量与物质；生殖细胞则侧重调控染色质状态，加速mRNA的转运与降解，为后续受精过程做好准备。同时，该研究挖掘出一批雄性不育相关候选基因，并通过基因编辑和突变体验证，明确了OSD1A、PKSA等基因对花粉发育和育性的调控作用。
大豆花药发育过程中涉及的主要细胞类型及激活的关键通路
综上所述，该研究填补了大豆花药高分辨率单细胞转录组图谱的研究空白，为深入解析大豆雄性生殖发育的分子机制提供了重要数据资源，同时也为大豆杂交育种中理想雄性不育系的创制提供了精准基因靶点。
作者简介
中国科学院东北地理与农业生态研究所周煌凯、陈笑和杨新晶博士为论文共同第一作者，冯献忠研究员为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、之江实验室、吉林省科技发展计划项目等资助。
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