真核生物的細(xì)胞功能是由特定的基因表達(dá)程序驅(qū)動的，這些程序依賴于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2025年7月9日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷曉峰、梁哲共同通訊在Nature在線發(fā)表題為“A single-cell multi-omics atlas of rice”的研究論文，該研究首次在單細(xì)胞水平同步捕獲水稻八個重要器官的RNA表達(dá)與染色質(zhì)可及性狀態(tài)，構(gòu)建了全球首個水稻多器官單細(xì)胞多組學(xué)圖譜，解析復(fù)雜性狀調(diào)控的單細(xì)胞發(fā)育基礎(chǔ)，并通過研發(fā)算法實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基因的高精度定位和智能預(yù)測，為水稻設(shè)計(jì)育種提供了極具潛力的細(xì)胞水平特異候選靶點(diǎn)。

多細(xì)胞生物依賴于細(xì)胞類型之間的分工，這些細(xì)胞類型充當(dāng)模塊化構(gòu)建塊，產(chǎn)生復(fù)雜的器官。不同器官中相似的細(xì)胞類型如何相互關(guān)聯(lián)，以及它們在發(fā)育和穩(wěn)態(tài)過程中如何協(xié)同工作，在很大程度上仍未得到解決。近年來，單細(xì)胞技術(shù)的快速發(fā)展使得數(shù)千個細(xì)胞的基因表達(dá)和染色質(zhì)可及性的詳細(xì)表征成為可能。我們利用這些技術(shù)深入了解了植物器官組成和驅(qū)動植物發(fā)育所必需的細(xì)胞異質(zhì)性的分子機(jī)制。之前的研究已經(jīng)繪制了各種植物（包括擬南芥、水稻、玉米、大豆和小麥）多個組織的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組景觀，最近的幾項(xiàng)研究繪制了擬南芥、水稻和玉米中單細(xì)胞染色質(zhì)的可及性。

然而，這些研究大多集中在一兩個組織或器官上，而覆蓋多個器官的轉(zhuǎn)錄景觀的系統(tǒng)比較仍然很突出。盡管研究了來自多個玉米器官的單細(xì)胞染色質(zhì)可及性，但該數(shù)據(jù)集缺乏相應(yīng)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，這使得直接比較基因表達(dá)和染色質(zhì)狀態(tài)變得困難。少數(shù)研究使用了計(jì)算方法來整合分別記錄的轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)（scATAC）和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的植物單細(xì)胞測定。這些方法假設(shè)不同的測量反映了一個共同的細(xì)胞身份，但可能無法恢復(fù)一個“組學(xué)”層特有的變化。最近開發(fā)的單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)現(xiàn)在可以同時測量基因表達(dá)和染色質(zhì)可及性，從而消除了計(jì)算錯誤，但到目前為止，全面的單細(xì)胞多組學(xué)尚未在植物中使用。

水稻器官的單細(xì)胞多組學(xué)景觀（圖源自Nature）

在這里，研究人員報告了世界主要作物之一水稻的單細(xì)胞多組學(xué)圖譜。通過同時分析來自八個器官的116564個細(xì)胞的染色質(zhì)可及性和RNA表達(dá)，鑒定了細(xì)胞類型特異性基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并描述了新的細(xì)胞狀態(tài)，如花分生組織中的“過渡狀態(tài)”。該研究揭示了細(xì)胞類型特異性調(diào)控中心RSR1、F3H和LTPL120在水稻發(fā)育過程中的作用，分析揭示了細(xì)胞類型和農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性，以及進(jìn)化過程中保守和發(fā)散的細(xì)胞類型功能?？傊?，該研究不僅構(gòu)建了全球首個水稻多器官單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，更建立了基因擾動模擬、轉(zhuǎn)錄因子功能預(yù)測、共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)與GWAS整合等智能預(yù)測和設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從單細(xì)胞到性狀設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)對接，為作物智能育種提供了單細(xì)胞水平預(yù)測設(shè)計(jì)的新范式與強(qiáng)大工具。

參考信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09251-0#Sec44