河南大学教授第一作者在Nature Communications发表重要研究成果
学术
2025-01-21 22:47
英国
近日，中国农业科学院棉花研究所马雄风研究员团队，首次成功构建了结合单细胞转录组、空间转录组及空间代谢组技术的棉花纤维起始发育图谱。借助这一图谱，研究人员能够识别出关键基因表达模式及其与代谢路径的关系，深入探讨纤维发育过程中的核心调控机制，为改善纤维品质和提高产量提供了新的视角，并为高品质棉花分子育种提供了重要的理论支持。相关研究成果以“The spatiotemporal transcriptome and metabolome landscapes of cotton fiber during initiation and early development ”为题发表在国际知名综合性期刊《自然通讯（Nature Communications）》（中科院一区TOP期刊，IF=14.7）上。作为纺织工业的重要原料，棉花纤维源自种子外表皮细胞，在种子早期发育阶段，大约25%的胚珠表皮细胞会分化成棉纤维，并经历四个发展阶段：起始（开花后2至5天）、伸长与初生壁形成（开花后3至20天）、次生壁增厚（开花后16至40天）以及成熟（开花后40至50天）。前两个阶段决定了每个种子产生的纤维数量和长度，对最终产量有直接影响；后两个阶段则影响纤维强度和细度，决定纤维品质。然而，控制这些发育阶段的具体机制尚未完全明了。该研究使用陆地棉标准系TM-1作为实验材料，生成了棉花纤维早期发育的多维度图谱，包括单细胞转录组、空间转录组及空间代谢组图谱，构建了一个多层次动态调控网络，不仅高分辨率地捕捉到了纤维细胞发育期间的基因表达模式，还揭示了相关联的代谢变化，填补了纤维细胞发育研究的技术空白。此外，通过多组学联合分析，确定了一些调控纤维起始发育的关键基因，并通过功能验证发现了BEE3基因在促进胚珠表皮细胞向纤维细胞转化中的重要作用。目前，研究正集中于高衣分材料中棉113内对该基因的功能进行遗传解析，旨在开发具有育种价值的分子标记。此次研究成果为棉纤维发育研究提供了重要数据资源，并为精准育种提供了理论基础。同时，棉花纤维起始发育过程中的单细胞组学数据和空间转录组数据也已公开共享。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、棉花生物育种与综合利用国家重点实验室自主项目等资助。来自河南大学和中棉所的孙旭武、秦爱知、王星星、葛晓阳、刘祉辛、郭晨曦、于晓乐、张先亮和卢瑶为论文第一作者，中棉所棉花资源创新与育种课题组马雄风研究员为通讯作者。![]()
