新材料：首個棉花纖維起始發育單細胞時空組學圖譜發布

　　從中國農業科學院棉花研究所獲悉，該所馬雄風研究員團隊成功構建了首個結合單細胞轉錄組、空間轉錄組及空間代謝組的棉花纖維起始發育圖譜，利用該圖譜可識別棉花關鍵基因的表達模式及其與代謝途徑的關系，剖析纖維發育過程中的核心調控機制，為進一步改良棉花纖維品質、提高纖維產量提供了新思路。相關研究成果發表在國際知名期刊《自然·通訊》上。

　　棉花是紡織工業的主要原料。棉花纖維是由種子外表皮表面的單細胞發育而來，在種子發育的早期階段，約有25%的胚珠表皮細胞分化成棉絮纖維，并要經歷四個不同的階段，即起始階段、伸長和初生壁形成階段、次生壁增厚階段、纖維成熟階段。前兩個階段決定了每個種子產生的纖維數量和長度，將直接影響最終棉花纖維產量;后兩個階段與細胞壁增厚相關，決定了纖維強度和細度，并將直接影響最終的棉花纖維品質。

　　然而，決定上述發育階段的調控機制在很大程度上仍然未知。因此，解析決定細胞發育命運以及調控棉纖維起始、延伸的機制，將為提高棉花纖維產量和品質提供新途徑。

　　研究團隊以陸地棉標準系TM-1為研究材料，繪制了棉花纖維早期發育的單細胞轉錄組圖譜、空間轉錄組圖譜以及空間代謝組圖譜，構建了一個多層次的棉花纖維起始發育的動態調控網絡，不僅能以高分辨率捕捉纖維細胞發育過程中的基因表達模式，還能揭示與基因表達密切相關的代謝變化，填補了目前在纖維細胞發育研究中的技術空白。

　　據介紹，團隊通過進一步多組學聯合分析，鑒定到一批調控棉花纖維起始發育的關鍵基因，并選擇了其中的一些基因進行功能驗證，發現BEE3基因在調控纖維起始發育過程中發揮關鍵作用，該基因的超表達可以顯著促進胚珠表皮細胞發育為纖維細胞。

　　目前，團隊正在高衣分材料中棉113中，對該基因的功能機制進行遺傳解析，發掘優異等位變異，以期為高衣分棉花品種培育開發有價值的分子標記。而棉花纖維起始發育過程中的單細胞組學數據、空間轉錄組數據等都已進行了共享。