科技日报北京7月15日电记者15日从中国农业科学院获悉，该院生物技术研究所研究员谷晓峰领衔的团队，绘制出全球首个水稻多器官单细胞多组学图谱。本次研究覆盖了8大器官、11.2万个细胞，首次绘制出包含54种细胞类型的“水稻基因调控地图”，构建了细胞类型特异基因调控网络，并实现关键基因的高精度定位和智能预测，为精准设计改良水稻高产、优质、抗逆等复杂性状奠定了分子基础。相关成果发表于国际权威期刊《自然》。
作为我国主要粮食作物，水稻的根、茎、叶、穗等器官由功能各异的细胞群构成。论文第一作者、生物所博士后王祥宇告诉科技日报记者，研究团队开发了“细胞虚拟基因敲除”“细胞类型智能预测”等新算法和模型，实现细胞水平的基因功能预测，并通过基因编辑水稻进行了验证。“基于大数据和开发的工具，我们现在可精准靶向分蘖芽等特定细胞类型的关键基因，实现目标性状的改良。”王祥宇说，团队还发现，水稻与玉米、高粱等植物在根的表皮细胞、维管束细胞等功能上存在高度一致性，为跨物种遗传改良提供了重要线索。
为加速科研成果应用，研究团队同步构建了全球首个水稻单细胞多组学数据库Rice-SCMR。该平台整合三大功能模块：在细胞导航方面，54种细胞类型基因表达与染色质开放状态查询；在性状溯源方面，关联多个农艺性状相关遗传位点与特定细胞类型；在靶点预测方面，基于调控网络推荐设计育种候选基因。
“团队揭示的细胞类型功能保守性与多样性规律，为未来设计具备高产、优质、多抗、新型‘模块化水稻’奠定了理论基础。”谷晓峰表示，随着Rice-SCMR数据库向全球开放共享，科研人员可精准定位控制目标性状的细胞类型，进而利用基因编辑技术实现“指哪打哪”的单细胞水平设计育种。
作为我国主要粮食作物，水稻的根、茎、叶、穗等器官由功能各异的细胞群构成。论文第一作者、生物所博士后王祥宇告诉科技日报记者，研究团队开发了“细胞虚拟基因敲除”“细胞类型智能预测”等新算法和模型，实现细胞水平的基因功能预测，并通过基因编辑水稻进行了验证。“基于大数据和开发的工具，我们现在可精准靶向分蘖芽等特定细胞类型的关键基因，实现目标性状的改良。”王祥宇说，团队还发现，水稻与玉米、高粱等植物在根的表皮细胞、维管束细胞等功能上存在高度一致性，为跨物种遗传改良提供了重要线索。
为加速科研成果应用，研究团队同步构建了全球首个水稻单细胞多组学数据库Rice-SCMR。该平台整合三大功能模块：在细胞导航方面，54种细胞类型基因表达与染色质开放状态查询；在性状溯源方面，关联多个农艺性状相关遗传位点与特定细胞类型；在靶点预测方面，基于调控网络推荐设计育种候选基因。
“团队揭示的细胞类型功能保守性与多样性规律，为未来设计具备高产、优质、多抗、新型‘模块化水稻’奠定了理论基础。”谷晓峰表示，随着Rice-SCMR数据库向全球开放共享，科研人员可精准定位控制目标性状的细胞类型，进而利用基因编辑技术实现“指哪打哪”的单细胞水平设计育种。
