大豆是全球重要的粮油兼用作物，其产量和品质直接关系粮食安全。花药是植物的雄性生殖器官，其正常发育是产生有活力花粉、保障作物产量的基础。然而，花药内包含多种功能各异的细胞类型，传统的转录组测序技术难以精确解析不同细胞在发育过程中的独特功能与彼此间的细胞通讯，这限制了对雄性生殖机制，特别是雄性不育机制的深入理解。

为解决上述问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种重点实验室冯献忠研究员团队联合之江实验室、北京大学等单位利用单细胞核RNA测序技术，系统分析了大豆花药多个关键发育阶段的样本，捕获超13万个细胞核，精准鉴定出9种涵盖体细胞与生殖细胞谱系的花药细胞类型，完整还原了生殖细胞从分化到成熟的全发育轨迹。研究发现，从二倍体的花粉母细胞发育为单倍体的单核花粉时，尽管细胞核内总体转录本数量下降，却有一大批新基因被激活。当进入双核花粉阶段，内部的营养细胞和生殖细胞“分工”明确，走上了截然不同的发育道路：营养细胞积极上调翻译相关机制，为花粉管生长储备能量与物质；而生殖细胞则侧重于调控染色质状态、加速mRNA的转运与降解，这可能有助于维持其遗传物质的稳定，为受精做准备。同时通过基因编辑和突变体验证，明确了OSD1A、PKSA等基因对花粉发育和育性的核心调控作用，挖掘出了一批与雄性不育相关的新候选基因。该研究绘制了首个大豆花药发育的高分辨率单细胞核转录组图谱，填补了大豆花药高分辨率单细胞转录图谱的空白，不仅为深入解析大豆雄性生殖发育分子机制提供了宝贵数据集，更为大豆杂交育种中理想雄性不育系的创制提供了精准靶点。

相关成果发表在国际期刊Journal of Genetics and Genomics上。中国科学院东北地理与农业生态研究所已毕业博士研究生周煌凯、助理研究员陈笑和特别研究助理杨新晶为论文共同第一作者，冯献忠研究员为通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金委、之江实验室和吉林省科技发展计划项目等项目的资助。

论文信息：

Huangkai Zhou, Xiao Chen, Xinjing Yang, Tao Wu, Pengfei Ren, Yingying Tian, Javaid Akhter Bhat, Lin Weng, Ye Zhang, Diming Zhang, Genji Qin, Xuemei Chen, Xianzhong Feng. (2026). A single-nucleus transcriptome atlas of soybean anthers. Journal of Genetics and Genomics.

大豆花药发育过程中涉及的主要细胞类型以及激活的关键通路