近日，中國(guó)熱科院椰子所、熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室熱帶棕櫚作物生物育種團(tuán)隊(duì)在椰子體胚發(fā)育軌跡方面取得重要進(jìn)展。利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（scRNA-seq）構(gòu)建了椰子合子胚（ZE）、胚性愈傷組織（EC）和體細(xì)胞胚（SE）的單細(xì)胞圖譜及發(fā)育軌跡，挖掘了CnGRF12等潛在發(fā)育調(diào)控因子。

 

　　椰子（Cocos nucifera L.）全球種植面積約1200萬(wàn)公頃，是海南省重點(diǎn)發(fā)展的“三棵樹(shù)”產(chǎn)業(yè)之一，但因體胚發(fā)生機(jī)制不明確、組培再生效率低等限制了椰子組織培養(yǎng)、遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術(shù)的應(yīng)用。近年來(lái)，發(fā)育調(diào)控因子（DRs）的挖掘與應(yīng)用顯著提高了植物再生和遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化效率，已應(yīng)用到煙草、小麥、玉米等作物中。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可以用于高效的區(qū)分細(xì)胞類型，挖掘發(fā)育調(diào)控因子，但目前尚未有應(yīng)用該技術(shù)研究椰子體胚發(fā)生機(jī)制的報(bào)道。因此，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)研究椰子體胚發(fā)育軌跡有助于從單細(xì)胞水平理解椰子體胚發(fā)生的復(fù)雜機(jī)制，同時(shí)為深入挖掘椰子發(fā)育調(diào)控因子、建立高效的椰子組培體系提供候選基因和科學(xué)依據(jù)。

 

　　該團(tuán)隊(duì)利用“海南高種”椰子的合子胚、胚性愈傷組織和體細(xì)胞胚，分離出原生質(zhì)體并進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（scRNA-seq）；結(jié)合已公布的細(xì)胞標(biāo)記基因區(qū)分細(xì)胞類型，并通過(guò)RNA原位雜交進(jìn)一步驗(yàn)證細(xì)胞分類結(jié)果；構(gòu)建了椰子從合子胚向體胚轉(zhuǎn)變的細(xì)胞分化軌跡，并挖掘了潛在的發(fā)展調(diào)控因子。其中，合子胚和體胚的類靜止中心細(xì)胞（QC-L）是發(fā)育起始細(xì)胞，而胚性愈傷組織的發(fā)育起始細(xì)胞是分裂細(xì)胞（DC）。CnGRF12在發(fā)育起始細(xì)胞中優(yōu)先表達(dá)，并且其與CnGIF1（GRF互作因子）的共表達(dá)遺傳轉(zhuǎn)化結(jié)果表明，CnGRF12有可能作為發(fā)育調(diào)控因子促進(jìn)椰子遺傳轉(zhuǎn)化。上述結(jié)果可為后續(xù)構(gòu)建不依賴于基因型的椰子遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術(shù)體系提供參考。

 

　　該研究成果以“Insights into the developmental trajectories of zygotic embryo, embryogenic callus and somatic embryo in coconut by single-cell transcriptomic analysis”為題發(fā)表于《Industrial Crops and Products》。中國(guó)熱科院椰子所張大鵬為該論文的共同第一作者，熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王永副研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研專項(xiàng)、崖州灣菁英人才科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118338