近日，中國熱科院椰子所、熱帶作物生物育種全國重點實驗室熱帶棕櫚作物生物育種團隊在椰子體胚發(fā)育軌跡方面取得重要進展。利用單細胞轉(zhuǎn)錄組技術（scRNA-seq）構(gòu)建了椰子合子胚（ZE）、胚性愈傷組織（EC）和體細胞胚（SE）的單細胞圖譜及發(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1200萬公頃，是海南省重點發(fā)展的“三棵樹”產(chǎn)業(yè)之一，但因體胚發(fā)生機制不明確、組培再生效率低等限制了椰子組織培養(yǎng)、遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術的應用。近年來，發(fā)育調(diào)控因子（DRs）的挖掘與應用顯著提高了植物再生和遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化效率，已應用到煙草、小麥、玉米等作物中。單細胞轉(zhuǎn)錄組技術可以用于高效的區(qū)分細胞類型，挖掘發(fā)育調(diào)控因子，但目前尚未有應用該技術研究椰子體胚發(fā)生機制的報道。因此，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組技術研究椰子體胚發(fā)育軌跡有助于從單細胞水平理解椰子體胚發(fā)生的復雜機制，同時為深入挖掘椰子發(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依據(jù)。
該團隊利用“海南高種”椰子的合子胚、胚性愈傷組織和體細胞胚，分離出原生質(zhì)體并進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序（scRNA-seq）；結(jié)合已公布的細胞標記基因區(qū)分細胞類型，并通過RNA原位雜交進一步驗證細胞分類結(jié)果；構(gòu)建了椰子從合子胚向體胚轉(zhuǎn)變的細胞分化軌跡，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胞（QC-L）是發(fā)育起始細胞，而胚性愈傷組織的發(fā)育起始細胞是分裂細胞（DC）。CnGRF12在發(fā)育起始細胞中優(yōu)先表達，并且其與CnGIF1（GRF互作因子）的共表達遺傳轉(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重點實驗室王永副研究員為通訊作者。該研究得到了國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系、熱帶作物生物育種全國重點實驗室科研專項、崖州灣菁英人才科技專項和國家自然科學基金等項目的資助。
論文全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118338
日期：2024-05-27
椰子（Cocos nucifera L.）全球種植面積約1200萬公頃，是海南省重點發(fā)展的“三棵樹”產(chǎn)業(yè)之一，但因體胚發(fā)生機制不明確、組培再生效率低等限制了椰子組織培養(yǎng)、遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯技術的應用。近年來，發(fā)育調(diào)控因子（DRs）的挖掘與應用顯著提高了植物再生和遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化效率，已應用到煙草、小麥、玉米等作物中。單細胞轉(zhuǎn)錄組技術可以用于高效的區(qū)分細胞類型，挖掘發(fā)育調(diào)控因子，但目前尚未有應用該技術研究椰子體胚發(fā)生機制的報道。因此，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組技術研究椰子體胚發(fā)育軌跡有助于從單細胞水平理解椰子體胚發(fā)生的復雜機制，同時為深入挖掘椰子發(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依據(jù)。
該團隊利用“海南高種”椰子的合子胚、胚性愈傷組織和體細胞胚，分離出原生質(zhì)體并進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序（scRNA-seq）；結(jié)合已公布的細胞標記基因區(qū)分細胞類型，并通過RNA原位雜交進一步驗證細胞分類結(jié)果；構(gòu)建了椰子從合子胚向體胚轉(zhuǎn)變的細胞分化軌跡，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胞（QC-L）是發(fā)育起始細胞，而胚性愈傷組織的發(fā)育起始細胞是分裂細胞（DC）。CnGRF12在發(fā)育起始細胞中優(yōu)先表達，并且其與CnGIF1（GRF互作因子）的共表達遺傳轉(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重點實驗室王永副研究員為通訊作者。該研究得到了國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系、熱帶作物生物育種全國重點實驗室科研專項、崖州灣菁英人才科技專項和國家自然科學基金等項目的資助。
論文全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118338
日期：2024-05-27
