scRNA-seq技术，全称为：single cell RNA sequencing，2009年Tang等人在《Nature Methods》发表了题为“mRNA-seq: whole-transcriptome analysis of a single cell”的论文，首次实现了单个细胞全转录组的分析，标志着单细胞RNA-Seq技术的诞生。scRNA-Seq是在单细胞水平对转录组进行测序的一项技术。scRNA-seq技术通过微流控技术分选单个细胞，然后将带有barcode和引物的胶珠与单个细胞包裹在油滴中，并在中完成细胞的裂解以及mRNA的捕获，随后mRNA逆转录最终生成含有Borcode和UMI的cDNA，最后进行测序文库的构建与测序分析。
传统的RNA-seq分析（称为“bulk”）测量的是细胞混合物中的转录本，只能得到细胞群体的平均转录表达水平。这种方法无法揭示细胞群体内的异质性。scRNA-seq技术能够精确理解异质性细胞群体的转录组状态，适用于分析肿瘤组织等包含多种细胞类型（如肿瘤细胞、免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞）的样本。
单细胞转录组技术，文库构建主要分为以下步骤：
1、单细胞(核)分离
2、单细胞包埋
3、逆转录
4、文库构建
5、测序
6、数据分析
水稻是全球最重要的粮食作物之一，其生长发育与产量、抗逆性等复杂农艺性状的形成依赖多种细胞类型的精密协同。然而，传统的转录组分析只能获得组织水平的平均表达信号，无法解析不同细胞类型之间的异质性及其功能分工，也难以将关键调控基因与特定细胞类型精准关联。针对这一长期存在的技术瓶颈，中国农业科学院生物技术研究所国内外团队，利用单细胞转录组技术（scRNA-Seq）开展了系统性研究。
该团队创新性地采用同步多组学测序技术，对水稻8个关键器官（根尖、茎、叶片、幼穗等）中的11.2万个单细胞进行深度解析，结合原位杂交验证空间分布，首次成功绘制了全球首个水稻多器官单细胞多组学图谱。该研究鉴定出54种细胞类型，构建了细胞类型特异的基因调控网络，并发现水稻花序分生组织中存在一类“过渡态”细胞，该细胞在发育命运转换中发挥核心枢纽作用。基于该图谱，团队成功预测并验证了多个细胞类型特异的调控基因：RSR1调控根皮层细胞分化、影响水分养分吸收效率；F3H在维管束细胞中平衡光合产物与氮代谢；LTPL120调节分蘖芽细胞决定植株形态。
该案例充分展现了单细胞转录组技术在精准定位目标性状调控靶细胞、鉴定细胞类型特异功能基因、推动作物精准设计育种中的核心应用价值。
[1] Wang X, Huang H, Jiang S, et al. A single-cell multi-omics atlas of rice. Nature. 2025;644(8077):722-730. doi:10.1038/s41586-025-09251-0
