近日，中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队系统总结了植物单细胞多组学技术的最新进展，探讨了其在植物生长发育、逆境适应及进化研究中的应用，并展望了人工智能与虚拟细胞在精准育种中的巨大潜力。相关综述文章发表在《植物学报（Journal of Integrative Plant Biology）》。

在全球气候变化和人口增长背景下，精准育种成为保障粮食安全的重要支撑。传统组织水平组学会平均化不同细胞信号，难以揭示细胞类型特异性调控。单细胞多组学，包括scRNA-seq、scATAC-seq、snRNA-seq和空间转录组，突破了细胞异质性解析瓶颈，为植物发育、逆境适应和进化研究提供细胞分辨率视角。snRNA-seq可减少原生质体制备带来的转录应激，并适用于木质化或冷冻样本；Visium、Stereo-seq、seqFISH和MERFISH等技术可恢复空间位置信息，解析细胞互作。

在植物发育研究中，单细胞技术解析了种子、根系和叶片发育程序，鉴定GmATHB13等产量品质相关因子，揭示根部细胞分化规律及C4植物维管束鞘细胞高效光合机制。在作物逆境研究中，通过单细胞技术发现热胁迫显著影响根皮层细胞，高温可通过改变棉花绒毡层表观特征并抑制QRT3、CYP703A2导致雄性不育；同时鉴定了根毛耐盐网络和玉米耐旱因子ZmbZIP89，并可区分受侵染细胞与旁观细胞。而在植物进化研究中，单细胞图谱揭示了保守细胞群、基因模块及C3向C4光合作用转变的细胞基础。未来，单细胞技术将与人工智能、生成式AI等结合，构建“虚拟细胞”，模拟基因编辑和环境扰动响应，推动优良等位基因筛选和作物智能设计育种。

中国农业科学院生物技术研究所乐亮副研究员和普莉研究员为本论文通讯作者，生物所已毕业博士王繁华（现山东师范大学）、博士生王发朕为共同第一作者，助理研究员武悦也参与了该项研究。研究工作得到了农业生物育种重大专项、科技创新2030、中国农业科学院重大任务、创新工程等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/jipb.70272