新材料：初の綿花繊維の初期発育単細胞時空間群学的スペクトル発表

中国農業科学院綿花研究所によりますと、同所の馬雄風研究員チームは単細胞転写群、空間転写群及び空間代謝群を結合した初めての綿花繊維の初期発育マップの構築に成功し、このマップを利用して綿花の重要な遺伝子の発現パターン及び代謝経路との関係を識別し、繊維発育過程におけるコア制御メカニズムを分析し、綿花繊維の品質をさらに改良し、繊維生産量を高めるために新しい構想を提供した。関連研究成果は国際的に有名な定期刊行物「自然・通信」に発表された。

綿花は紡績工業の主要原料である。綿花繊維は種子外表皮表面の単細胞から発育し、種子発育の初期段階では約25%の胚珠表皮細胞が綿花繊維に分化し、4つの異なる段階、すなわち開始段階、伸長と初期壁形成段階、二次壁肥厚段階、繊維成熟段階を経験しなければならない。最初の2段階で種子ごとに発生する繊維の数と長さが決定され、最終的な綿花繊維の生産量に直接影響を与える。後の2段階は細胞壁の肥厚に関連し、繊維強度と細さを決定し、最終的な綿花繊維品質に直接影響を与える。

しかし、上述の発育段階を決定する制御機構はまだ未知であることが大きい。そのため、細胞発育の運命を決定し、綿繊維の開始、延伸を制御するメカニズムを解析し、綿繊維の生産量と品質を高めるために新しい道を提供する。

研究チームは陸綿標準系TM-1を研究材料とし、綿花繊維の早期発育の単細胞転写群図譜、空間転写群図譜及び空間代謝群図譜を描き、多層の綿花繊維の発育開始の動的制御ネットワークを構築し、繊維細胞の発育過程における遺伝子発現パターンを高解像度で捕捉できるだけでなく、遺伝子発現と密接に関連する代謝変化も明らかにし、現在の繊維細胞発育研究における技術的空白を埋めることができる。

紹介によると、チームはさらに多群学的な共同分析を通じて、綿花繊維の発育を制御する重要な遺伝子を同定し、その中のいくつかの遺伝子を選択して機能検証を行い、BEE 3遺伝子が繊維の発育を制御する過程で重要な役割を果たすことを発見し、この遺伝子の超発現は胚珠表皮細胞の繊維細胞への発育を著しく促進することができる。

現在、チームは高衣分材料中綿113の中で、この遺伝子の機能機序に対して遺伝解析を行い、優れた等位変異を発掘し、高衣分綿品種の育成に価値のある分子マーカーを開発している。綿繊維の発育開始過程における単細胞群学データ、空間転写群データなどはすでに共有されている。