近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队利用单细胞组学、空间转录组学和空间代谢组学进行联合分析，从单细胞水平解析了棉花体细胞胚胎发生过程中体细胞多能性获得、体细胞胚发育的调控网络，并鉴定到调控体细胞胚发育的关键基因，为解析棉花细胞命运转变、细胞命运重塑和合子胚发育提供了新的见解，对改良棉花遗传转化体系和揭示合子胚发育调控网络具有重要意义。相关研究成果以“Dissection of a cell atlas of developing somatic embryos in cotton by single-cell RNA-sequencing, spatial transcriptomic, and metabolomic analyses”为题发表在国际知名综合性期刊《自然通讯（Nature Communications）》（中科院一区TOP期刊，IF=14.7）上。

棉花是重要的经济作物，建立高效的棉花遗传转化体系对于加速棉花基因工程改良具有重大意义。棉花转化体系主要依赖于棉花体细胞胚胎发生和棉花种胚生长点干细胞，两种转化体系都涉及到多能性干细胞的利用，因此解析多能性干细胞的获得和发育对于优化棉花遗传转化体系意义重大。早期的研究主要侧重于体细胞胚胎发生过程中组织细胞形态的变化和体细胞胚胎发生Marker基因的作用机制解析，缺乏从单细胞水平全面系统的对体细胞胚胎发生过程中干细胞多能性的获得和体细胞胚发育调控网络的研究。

该研究以高分化效率的陆地棉中棉所24为研究材料，利用单细胞组学、空间转录组学和空间代谢组学绘制陆地棉栽培种--中棉所24的愈伤组织、球形胚、鱼雷胚、子叶胚的空间转录图谱和空间代谢图谱，构建了一个多层级的棉花体胚发生的动态调控网络。鉴定到一批调控细胞多能性和体细胞胚发育的关键基因，证实AATP1和DOX2基因在调控多能性获得和体细胞胚发育过程中发挥关键作用。棉花合子胚因取样困难导致其发育调控网络的解析进展较少，棉花体细胞胚发育与棉花合子胚发育过程高度相似，通过解析棉花体细胞胚发育调控网络为解析棉花合子胚发育调控机制和改良棉花种子发育提供了理论支撑。此外，为可视化调控体细胞胚胎发生的关键基因的时空表达模式，棉花体细胞胚发生的单细胞组学数据和空间转录组数据已进行共享（https://cotton.cricaas.com.cn/somaticembryo/）。

该研究得到了中国农业科学院科技创新工程基础科学研究中心任务、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。中棉所葛晓阳研究员、袁佳晨博士、王晔副研究员、陈艳丽博士、秦文强副研究员和河南大学的于晓乐博士、刘祉辛副教授、秦爱知博士为论文第一作者，中棉所分子遗传改良创新团队李付广研究员和河南大学孙旭武教授为共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-55870-6

单细胞和空间多组学鉴定调控棉花体细胞胚胎发生的关键通路