水稻胚乳由糊粉层和淀粉胚乳两部分构成，累积淀粉、储藏蛋白、脂肪酸和矿质元素等多种营养成分。胚乳发育过程中，细胞如何分化、不同区域如何分工，一直缺乏空间分辨的基因表达证据。

    中国科学院植物研究所原刘春明团队联合北京大学等单位，利用单核RNA测序（snRNA-seq）与空间转录组（spRNA-seq）技术，绘制了水稻胚乳发育的高分辨率时空转录图谱，系统解析了胚乳细胞的分化轨迹与空间功能分工，并搭建了在线数据平台（https://www.ricecaryopsis.com/），支持基因表达查询、空间分布浏览和定制化分析。

    该研究覆盖了水稻胚乳发育的游离核期、细胞化期、细胞分化期和储藏物质积累期四个关键阶段。通过对177,820个细胞核和60,003个空间单元的联合分析，研究人员构建了包含12种细胞类型的单细胞转录组图谱，并将颖果横切面划分出7个精准的解剖学区域，建立了水稻颖果发育的时空单细胞图谱，使细胞类型、空间位置、基因表达与功能结合在同一框架下直接对应。

    糊粉层（AL）是水稻胚乳最外层的组织，传统细胞生物学研究将其视为一个相对均一的组织。本研究发现糊粉层内部存在两个转录特征截然不同的亚群：紧邻颖果维管束的背部糊粉层（DAL）和侧腹部糊粉层（L/VAL）。研究结果显示，水稻糊粉层并非均一组织，DAL与L/VAL转录特征显著不同，DAL以转运蛋白基因富集、与玉米胚乳基部转移层标记基因高度重合为特征，构成将维管束卸载的营养物质转运至淀粉胚乳的养分运输通道。淀粉胚乳（SE）是水稻籽粒储藏物质合成和积累的主要场所。研究对SE细胞进行重新聚类，鉴定出四个功能亚型：细胞化期胚乳（CE）、蛋白合成型胚乳（PSE）、淀粉合成型胚乳1（SSE1）和淀粉合成型胚乳2（SSE2）。这四个亚型并非同时出现，而是沿分化轨迹依次形成：CE代表尚未完全分化的早期胚乳状态，PSE是中间过渡态、负责合成储藏蛋白，SSE1兼具细胞增殖与淀粉合成功能，SSE2则进入终末分化负责淀粉合成。特化的DAL负责养分的空间转运，而内部的PSE与SSE2则分别主导储藏蛋白和淀粉的合成，这种高度协调的胚乳细胞空间异质性为水稻籽粒的高效灌浆提供了重要保障。

    该成果于2026年10月28日在线发表国际期刊Plant Cell，中国科学院植物研究所刘春明研究员和刘金鑫副研究员为共同通讯作者。北京大学博士生许鑫彤、植物所已毕业博士杨涛和云南大学博士生魏文桃为本论文的共同第一作者。植物研究所漆小泉研究员和北京大学何跃辉教授参与指导了该项研究工作。该研究得到了国家重点研发项目（2024YFF1000600）资助。

原文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koag320/9002459

图注：水稻胚乳细胞类型的时空发育轨迹及其在营养运输和储藏物质积累中的功能