四川農(nóng)業(yè)大學(xué)黃琳凱研究團(tuán)隊(duì)聚焦狼尾草基因資源挖掘與育種利用，構(gòu)建全球首個(gè)牧草（狼尾草）圖形泛基因組（Yan et al., 2023 Nature Gentics, 高被引論文)，并率先開展狼尾草單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組等前沿研究(Jin et al., 2025 New Phytologist, 高被引論文)。在此基礎(chǔ)上，近日該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國佐治亞大學(xué)和草業(yè)國家技術(shù)創(chuàng)新中心等單位聯(lián)合創(chuàng)建以狼尾草為主的植物單細(xì)胞染色質(zhì)可及性分析平臺(tái)scPlantReg（Yan et al., 2026 Nature Plants)。該平臺(tái)整合了端到端分析框架與跨物種數(shù)據(jù)庫，為解析植物細(xì)胞類型特異性調(diào)控機(jī)制提供了全新工具，并收集并標(biāo)準(zhǔn)化分析已發(fā)表的單細(xì)胞染色質(zhì)可及性數(shù)據(jù)，相關(guān)研究成果為牧草遺傳改良開辟了新思路，為跨物種分析單細(xì)胞染色質(zhì)可及性研究提供了重要范式。

基因調(diào)控機(jī)制解析是植物改良的基礎(chǔ)，基因表達(dá)調(diào)控在植物生長發(fā)育、環(huán)境適應(yīng)及農(nóng)藝性狀形成中起核心作用。其主要通過順式調(diào)控元件（CREs）介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，決定基因表達(dá)的時(shí)空特異性，是分子育種的重要靶點(diǎn)。然而，CRE研究仍面臨細(xì)胞類型特異性強(qiáng)、傳統(tǒng)bulk測序難以解析單細(xì)胞調(diào)控動(dòng)態(tài)，以及植物專屬分析工具與跨物種標(biāo)準(zhǔn)缺乏等限制。隨著植物scATAC-seq數(shù)據(jù)的快速積累，亟需構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化分析框架與整合資源，以解析調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并挖掘育種靶點(diǎn)。

在scPlantReg平臺(tái)中，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建Socrates2單細(xì)胞ATAC-seq分析框架（9個(gè)步驟+4個(gè)下游分析步驟），覆蓋數(shù)據(jù)預(yù)處理、質(zhì)控、聚類及細(xì)胞類型注釋等關(guān)鍵流程，并結(jié)合標(biāo)記基因法與機(jī)器學(xué)習(xí)工具ScATACtor提升注釋效率與準(zhǔn)確性。

應(yīng)用該框架分析狼尾草熱脅迫及不同組織scATAC-seq數(shù)據(jù)（圖1），從66,665個(gè)單細(xì)胞中鑒定出24萬余個(gè)開放染色質(zhì)區(qū)域（ACRs），構(gòu)建首個(gè)狼尾草單細(xì)胞開放染色質(zhì)圖譜，并在不同細(xì)胞類型中發(fā)現(xiàn)約1.3萬個(gè)熱響應(yīng)細(xì)胞類型特異ACRs。木質(zhì)部細(xì)胞中WRKY基序顯著富集，結(jié)合EMSA與雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明WRKY22可能參與木質(zhì)部發(fā)育調(diào)控。

scPlantReg數(shù)據(jù)庫對(duì)8個(gè)植物物種scATAC-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理與標(biāo)準(zhǔn)化分析，覆蓋11個(gè)組織/發(fā)育階段，并提供7種在線分析工具。跨物種比較顯示，共享ACRs在禾本科中占主導(dǎo)，即使在細(xì)胞類型特異元件中亦然，表明存在保守核心調(diào)控元件庫。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，共享ACRs富集 AP2/EREBP 基序并關(guān)聯(lián)細(xì)胞壁生物合成，而細(xì)胞類型特異ACRs則保守富集 HDG1（表皮）與 ARF（葉肉）基序，揭示禾本科植物細(xì)胞調(diào)控程序的進(jìn)化保守性。

圖1單細(xì)胞ATAC-seq分析框架的構(gòu)建及其在狼尾草染色質(zhì)可及性圖譜中的應(yīng)用

a，單細(xì)胞ATAC-seq分析流程的構(gòu)建；b-e，不同條件與發(fā)育階段下狼尾草葉片（7天齡、14天齡、三葉期）及根組織的單細(xì)胞染色質(zhì)可及性圖譜（含7天齡葉片的熱脅迫處理與對(duì)照）；f，各細(xì)胞類型中熱脅迫與對(duì)照條件特異的部分染色質(zhì)可及區(qū)域。

該平臺(tái)的推廣應(yīng)用將加速非模式植物的調(diào)控組研究，尤其為狼尾草等具有重要農(nóng)藝性狀的牧草提供改良靶點(diǎn)。scPlantReg的發(fā)布填補(bǔ)了植物專屬scATAC-seq分析工具的空白，為牧草遺傳改良提供了全新思路。未來，隨著更多植物物種的scATAC-seq數(shù)據(jù)納入，該平臺(tái)將成為植物生物學(xué)研究與牧草育種的核心資源。

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院嚴(yán)海東教授、靳雅榮特聘研究員、王成然博士、張新新青年研究員、賈紀(jì)原博士以及諾禾致源曹小芳為共同第一作者。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院黃琳凱教授、嚴(yán)海東教授，草業(yè)國家技術(shù)創(chuàng)新中心王召明，以及Bob Schmitz教授為共同通訊作者。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院劉濤教授和翟強(qiáng)教授亦參與了該研究并提供了重要支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-026-02289-6

scPlantReg：

http://scplantreg.com/home