单细胞解码现代农业：单细胞组学技术在农业中的应用
在传统农业研究中，研究者往往通过组织水平来分析作物或动物的特性。这种方法虽然能揭示整体趋势，但会忽略细胞间的“个体差异”。就像把一杯混合果汁拿去检测，我们只能知道总体的甜度，却不知道里面的每一颗水果本身的酸甜差异。
单细胞转录组技术（scRNA-seq）的出现，彻底改变了这一局面。单细胞转录组让研究者能够直接观察到单个细胞在某一时刻的基因活动，捕捉到不同细胞之间的细微差别。它突破了传统组织水平分析的局限性，提供了细胞级的分辨率。正因如此，单细胞转录组正逐渐成为推动农业科研和产业升级的核心工具。
1、从医学到农业的跨界
单细胞技术最初在医学领域大放异彩：癌症研究、免疫学、干细胞与发育生物学等领域都取得了突破性成果。随着单细胞技术的普及、跨学科研究的启发以及农业生产需求的日益迫切，越来越多农业科研人员意识到：
● 植物和动物的复杂性与人类并无本质差别，都由不同细胞类型和状态决定；
● 粮食安全、抗病育种、可持续养殖这些关键问题，同样需要深入到细胞层面去理解。
因此，单细胞转录组逐渐被引入农业，成为从基础研究到应用推广的“桥梁”。尽管单细胞转录组目前在植物和微生物领域的应用仍处于相对初级阶段，但其在作物改良和畜牧业中的潜力已被广泛认可。
2、单细胞转录组技术在农业中的适用性
单细胞转录组分析通过分离单个细胞，提取其mRNA，利用3’端polyA进行捕获并标记标签，随后进行高通量测序，从而能够精确地揭示每个细胞的基因表达状态。这种技术突破了传统组织水平分析的局限性，揭示了细胞间的异质性。由于农业中的作物、昆虫和动物与人类在分子层面具有相似性（真核生物的mRNA的3’端基本上均具有polyA结构），因此单细胞转录组可广泛应用于解析作物耐逆性、昆虫神经调控及动物免疫机制等关键特性。这为精准育种、绿色防控和健康养殖提供了分子基础，使其成为应对粮食安全和农业可持续发展的核心工具。
3、农业离不开“单细胞思维”
在农业研究中，我们经常遇到类似的问题：
● 作物为什么在干旱条件下会减产？
● 为什么同一种病害，有的植物能抵抗，有的却迅速死亡？
● 为什么有的家畜在同样的疫苗条件下免疫效果更好？
这些差异的根源，往往不是“整个组织”表现不同，而是少数关键细胞群体的状态发生了变化。例如：
● 在植物根系中，某些特殊细胞可能主导水分和矿物质的吸收；
● 在病虫害防御中，只有特定细胞会启动免疫反应；
● 在养殖动物体内，不同免疫细胞的协作关系直接决定抗病效果。
传统技术只能看到“平均值”，而单细胞转录组能揭示“关键少数”，从而提供更精确的发现，帮助科学家针对性地干预。
4、农业中的应用
精准作物优化
● 根系研究：通过单细胞转录组绘制作物的根尖发育图谱，寻找负责耐旱和抗盐的细胞亚群，为培育高耐受品种提供靶点。
案例：利用scRNA-seq分析盐胁迫下水稻根尖细胞，绘制水稻根尖图谱，揭示根毛细胞亚群在离子转运和渗透调节中的关键作用，为抗盐育种提供了分子靶点。（DOI：10.1111/nph.70160）
● 果实品质：在蔬菜瓜果等经济作物中，单细胞转录组帮助理解其糖分和色素的积累过程，有助于改良风味和营养价值。
案例：通过scRNA-seq分析火龙果果皮细胞，探索外果皮和中果皮细胞在成熟期如何通过基因表达调控糖代谢和类胡萝卜素合成，为果实风味改良提供了靶点。（DOI：10.1038/s41467-024-47329-x）
病虫害与环境胁迫
● 病害抗性：在作物的病原感染模型中，单细胞转录组可以揭示作物中“第一批响应细胞”的基因表达特征，为抗病基因的挖掘提供方向。
案例：利用scRNA-seq分析亚洲大豆锈病感染后的叶片细胞，识别出富集钙信号和防御基因的应激细胞簇，为抗锈病育种提供了关键靶点。（DOI：10.3389 / fpls. 2025. 1637176）
● 害虫研究：单细胞转录组已被用于各种有害昆虫研究，帮助解析神经系统和发育过程，为绿色防控提供新思路。
案例：通过scRNA-seq解析草地贪夜蛾中肠细胞异质性，鉴定干细胞和肠上皮细胞簇，揭示杀虫剂靶基因的表达模式，为靶向防治提供靶点。（DOI：10.1016 / j.ygeno. 2024.110898）
畜牧与水产养殖
● 家畜免疫学：在牛、猪和鸡等动物中，单细胞转录组帮助构建免疫系统的详细图谱，为疫苗研发和疾病防控奠定基础。
案例：利用scRNA-seq分析疫苗接种后猪的外周血和淋巴组织，鉴定效应T细胞和记忆B细胞亚群，揭示猪流感疫苗的响应路径，为个性化疫苗设计提供了关键靶点。（DOI：10.1038/s41590-025-01845-7）
● 水产养殖：针对斑马鱼、罗非鱼等模式和经济鱼类，单细胞转录组为揭示免疫和代谢调控机制提供帮助，有助于减少养殖疾病和提升产量。
案例：通过scRNA-seq分析高盐胁迫下罗非鱼的肾脏细胞，鉴定出T细胞和B细胞等免疫细胞簇，以及脂质代谢抑制路径，为盐水养殖和耐逆育种提供了分子靶点。（DOI：10.1016/j.watbs.2025.100468）
总体而言，这些应用正从实验室走向实际生产，推动农业向精准化转型。
SBC单细胞在农业中的样本类型
SBC拥有国际主流及国内顶级单细胞测序平台，在实际项目开展过程中，我们已完成多个新鲜组织类型的单细胞转录组实验，涵盖多种模式动物与多器官系统，体现单细胞平台良好的组织适应性与数据稳定性。当前已完成的代表性样本物种包括：凡纳滨对虾、青蟹、三疣梭子蟹、斑马鱼、舍鳎、加州鲈鱼、罗非鱼、小黄鱼、小体鲟鱼、爪蛙、湖羊、山羊、绵羊、牛、牦牛、猪、鸡、兔、白额高脚蛛、飞虱、蚕等
未来，SBC携单细胞组学技术将与您一起在农业研究中共同前行。
