近日，農(nóng)學(xué)院曾范昌教授課題組在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Plant Physiology在線發(fā)表了題為“Single-cell transcriptome atlas reveals somatic cell embryogenic differentiation features during regeneration”的研究論文報(bào)道了最新進(jìn)展，該研究成果為作物高效細(xì)胞工程與植株再生調(diào)控提供最新單細(xì)胞水平上的理論依據(jù)與技術(shù)支撐，在作物生物工程育種、無性育種/繁育、體細(xì)胞遺傳固定與變異篩選、植物工廠等方面具有應(yīng)用價(jià)值和借鑒意義。

體細(xì)胞胚性分化與植株再生是體細(xì)胞向胚胎發(fā)生途徑轉(zhuǎn)變的發(fā)育再建過程，是植物發(fā)育過程的獨(dú)特現(xiàn)象，是最完全的細(xì)胞全能性表達(dá)的方式和經(jīng)典示例。而離體胚性分化與植株再生的調(diào)控機(jī)理被認(rèn)為是非常重要的科學(xué)謎題之一。同時(shí)這一生物過程又是作物細(xì)胞與基因工程、無性繁殖與人工種子的重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)，是生物技術(shù)育種發(fā)展的最直接制約因素和技術(shù)瓶頸，這在很大程度上限制了現(xiàn)代細(xì)胞與基因工程在作物生物技術(shù)育種上的應(yīng)用。所以，離體細(xì)胞不同胚性分化命運(yùn)和發(fā)育方向的精準(zhǔn)調(diào)控模式和規(guī)律亟待深入解析，其中的系列細(xì)胞身份類型和定性/定量分子標(biāo)記有待進(jìn)一步鑒定挖掘。

研究者以生物工程應(yīng)用先鋒作物棉花為研究材料，系統(tǒng)解析了離體不同分化命運(yùn)的愈傷組織中的單細(xì)胞基因表達(dá)圖譜，在單細(xì)胞水平比較分析注釋了不同細(xì)胞類群及其表達(dá)特征，闡釋了胚性分化的特異細(xì)胞類型與擬時(shí)發(fā)育調(diào)控模式。進(jìn)一步，解析了胚性分化再生相關(guān)的重要生物過程，挖掘出不同細(xì)胞類群和不同分化狀態(tài)的系列特異標(biāo)記基因。該研究揭示了離體細(xì)胞胚性分化發(fā)育的單細(xì)胞表達(dá)調(diào)控規(guī)律與分子基礎(chǔ)，為棉花等作物細(xì)胞工程中胚性細(xì)胞的早期定量鑒定診斷提供更精準(zhǔn)標(biāo)記工具。

研究成果為體外更高效誘導(dǎo)細(xì)胞胚性分化、調(diào)控植株再生并拓展生物工程育種提供單細(xì)胞水平上的理論依據(jù)與功能基因資源，對(duì)揭示細(xì)胞全能性與植株再生機(jī)理，促進(jìn)作物現(xiàn)代細(xì)胞工程與無性育種/繁育技術(shù)發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

圖1. 不同分化細(xì)胞類群特異基因/轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)譜與胚性特異細(xì)胞生物過程注釋

郭慧慧教授、博士生張莉、博士生郭海霞為論文的并列第一作者，曾范昌教授為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國(guó)科協(xié)的資助。

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波