南国都市报3月10日讯（记者 利声富）10日，记者从三亚华大生命科学院获悉，日前，中国科学院遗传发育所携手华大生命科学研究院、崖州湾国家实验室和中国科学院基因组研究所等单位近日成功绘制了首个国产大豆的全生命周期器官发育“时空图谱”。该研究首次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，为破解大豆器官发育机制提供了里程碑式资源。

　　大豆，是人类重要的蛋白质和油脂来源，承载着应对全球粮食危机的希望。借助分子设计育种技术，能有效加速大豆育种，然而，其复杂的器官发育机制长期困扰着科学家。

　　研究团队以国产大豆品种“中黄13”为研究对象，开创性地构建了“宏观-单细胞-空间”三级转录解析体系：首先基于314份全器官样本的常规转录组（bulkRNA-seq）大数据，精准锁定器官发育阶段和关键器官的特征基因；继而运用单细胞核转录组（snRNA-seq）捕获5大功能器官（根、根瘤、茎尖、叶、茎）的细胞级表达图谱；最终通过时空组学技术Stereo-seq呈现基因表达的三维空间位置信息。通过多维技术融合，首次实现大豆器官的3D基因表达可视化。

　　“如果把大豆的每个器官当成一座精密运作的工厂，那么基因就是流水线上的工人，而转录组图谱就是工厂的监控系统。传统研究往往只能看到工厂整体产量，新技术则可追踪每个工人的动态，即哪个基因在根尖值班、哪些细胞在叶片中参与合成养分等。”研究团队相关科研人员介绍，本次研究不仅解答了这些问题，还为改造工厂提供了“操作手册”。

　　据了解，通过不同类型转录组数据的整合，该项研究完整呈现了大豆基因表达的时空动态信息，为理解大豆发育提供了全新的视角。一是鉴定出大豆各器官特异性表达的基因，并以根瘤特异基因为例，证实GmPMTs基因通过基因串联重复扩张，调控根瘤发育；二是构建器官发育全景图谱，以叶片发育为例，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，为大豆叶片改良提供了新线索；三是构建了根尖空间3D转录图谱，揭示大豆根尖细胞分化的动态路径，为豆科根尖发育提供了发育蓝图；四是通过根瘤空间3D单细胞图谱解析根瘤器官的细胞异质性，揭示了根瘤共生基因的空间定位，为“根系-微生物”互作研究建立了细胞级时空坐标系。同时发现维管束特异性GmHBs基因在根瘤早期发育中的决定性作用，为提升大豆共生固氮效率提供了新靶点。

　　目前，相关转录组数据库已上线并开放访问，科研人员可通过交互式界面精准检索目标基因在发育阶段、特定器官及细胞类型中的表达特征，显著提升功能基因研究效率。此举可一键获取基因在大豆生命周期中的动态表达，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。