近日，中国热科院椰子所、热带作物生物育种全国重点实验室热带棕榈作物生物育种团队在椰子体胚发育轨迹方面取得重要进展。利用单细胞转录组技术（scRNA-seq）构建了椰子合子胚（ZE）、胚性愈伤组织（EC）和体细胞胚（SE）的单细胞图谱及发育轨迹，挖掘了CnGRF12等潜在发育调控因子。
椰子（Cocos nucifera L.）全球种植面积约1200万公顷，是海南省重点发展的“三棵树”产业之一，但因体胚发生机制不明确、组培再生效率低等限制了椰子组织培养、遗传转化和基因编辑技术的应用。近年来，发育调控因子（DRs）的挖掘与应用显著提高了植物再生和遗传转化转化效率，已应用到烟草、小麦、玉米等作物中。单细胞转录组技术可以用于高效的区分细胞类型，挖掘发育调控因子，但目前尚未有应用该技术研究椰子体胚发生机制的报道。因此，利用单细胞转录组技术研究椰子体胚发育轨迹有助于从单细胞水平理解椰子体胚发生的复杂机制，同时为深入挖掘椰子发育调控因子、建立高效的椰子组培体系提供候选基因和科学依据。
该团队利用“海南高种”椰子的合子胚、胚性愈伤组织和体细胞胚，分离出原生质体并进行单细胞转录组测序（scRNA-seq）；结合已公布的细胞标记基因区分细胞类型，并通过RNA原位杂交进一步验证细胞分类结果；构建了椰子从合子胚向体胚转变的细胞分化轨迹，并挖掘了潜在的发展调控因子。其中，合子胚和体胚的类静止中心细胞（QC-L）是发育起始细胞，而胚性愈伤组织的发育起始细胞是分裂细胞（DC）。CnGRF12在发育起始细胞中优先表达，并且其与CnGIF1（GRF互作因子）的共表达遗传转化结果表明，CnGRF12有可能作为发育调控因子促进椰子遗传转化。上述结果可为后续构建不依赖于基因型的椰子遗传转化和基因编辑技术体系提供参考。
该研究成果以“Insights into the developmental trajectories of zygotic embryo, embryogenic callus and somatic embryo in coconut by single-cell transcriptomic analysis”为题发表于《Industrial Crops and Products》。中国热科院椰子所张大鹏为该论文的共同第一作者，热带作物生物育种全国重点实验室王永副研究员为通讯作者。该研究得到了国家现代农业产业技术体系、热带作物生物育种全国重点实验室科研专项、崖州湾菁英人才科技专项和国家自然科学基金等项目的资助。
论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118338
日期：2024-05-27
