首个棉花纤维起始发育单细胞时空组学图谱发布

记者1月21日从中国农业科学院棉花研究所获悉，棉花该所马雄风研究员团队成功构建了首个结合单细胞转录组、纤维学图空间转录组及空间代谢组的起始棉花纤维起始发育图谱，利用该图谱可识别棉花关键基因的发育表达模式及其与代谢途径的关系，剖析纤维发育过程中的单细核心调控机制，为进一步改良棉花纤维品质、胞时布提高纤维产量提供了新思路。空组相关研究成果发表在国际知名期刊《自然·通讯》上。棉花

棉花是纤维学图纺织工业的主要原料。棉花纤维是起始由种子外表皮表面的单细胞发育而来，在种子发育的发育早期阶段，约有25%的单细胚珠表皮细胞分化成棉絮纤维，并要经历四个不同的胞时布阶段，即起始阶段、空组伸长和初生壁形成阶段、棉花次生壁增厚阶段、纤维成熟阶段。前两个阶段决定了每个种子产生的纤维数量和长度，将直接影响最终棉花纤维产量；后两个阶段与细胞壁增厚相关，决定了纤维强度和细度，并将直接影响最终的棉花纤维品质。

然而，决定上述发育阶段的调控机制在很大程度上仍然未知。因此，解析决定细胞发育命运以及调控棉纤维起始、延伸的机制，将为提高棉花纤维产量和品质提供新途径。

研究团队以陆地棉标准系TM-1为研究材料，绘制了棉花纤维早期发育的单细胞转录组图谱、空间转录组图谱以及空间代谢组图谱，构建了一个多层次的棉花纤维起始发育的动态调控网络，不仅能以高分辨率捕捉纤维细胞发育过程中的基因表达模式，还能揭示与基因表达密切相关的代谢变化，填补了目前在纤维细胞发育研究中的技术空白。

据介绍，团队通过进一步多组学联合分析，鉴定到一批调控棉花纤维起始发育的关键基因，并选择了其中的一些基因进行功能验证，发现BEE3基因在调控纤维起始发育过程中发挥关键作用，该基因的超表达可以显著促进胚珠表皮细胞发育为纤维细胞。

目前，团队正在高衣分材料中棉113中，对该基因的功能机制进行遗传解析，发掘优异等位变异，以期为高衣分棉花品种培育开发有价值的分子标记。而棉花纤维起始发育过程中的单细胞组学数据、空间转录组数据等都已进行了共享。