在植物整個(gè)生命過(guò)程中，根尖不斷分化發(fā)育，形成的根系從土壤中吸收水分和礦質(zhì)元素，參與植物與生物或非生物信號(hào)的互作，并起到固定植株的作用。但是，人們對(duì)植物根系的發(fā)育及與環(huán)境互作的分子機(jī)制還知之甚少。對(duì)于根尖這一重要的高異質(zhì)性器官，傳統(tǒng)的高通量測(cè)序無(wú)法檢測(cè)不同細(xì)胞型的轉(zhuǎn)錄組差異。

　　12月19日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所谷曉峰課題組與德國(guó)海德堡大學(xué)Jan U. Lohmann課題組合作，在《分子植物》在線發(fā)表研究論文。該研究對(duì)粳稻和秈稻根組織原生質(zhì)體進(jìn)行了高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，繪制了單子葉模式植物水稻首個(gè)根組織單細(xì)胞分辨率轉(zhuǎn)錄組圖譜，為研究須根系植物根組織的細(xì)胞類型、功能和進(jìn)化開辟了新的途徑。

　　研究人員對(duì)兩個(gè)水稻栽培亞種粳稻Nip和秈稻93-11的10,968和12,564個(gè)根尖細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析，鑒定出8個(gè)細(xì)胞型，并利用組織原位雜交和遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)鑒定了細(xì)胞類型特異性標(biāo)記基因。

　　對(duì)Nip和93-11每種細(xì)胞型差異表達(dá)基因進(jìn)行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)基因與環(huán)境響應(yīng)有關(guān)，不同水稻亞種在受到外部環(huán)境刺激時(shí)響應(yīng)機(jī)制存在差異。隨后對(duì)水稻單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行擬時(shí)分析，繪制了根最外層細(xì)胞的發(fā)育軌跡。水稻根尖表皮分化是以表皮細(xì)胞為起點(diǎn)，到分叉點(diǎn)沿兩個(gè)方向分化，一個(gè)分支最終發(fā)育為成熟的表皮細(xì)胞，另一個(gè)分支經(jīng)歷過(guò)渡型表皮細(xì)胞后最終分化為根毛細(xì)胞。來(lái)自兩個(gè)栽培品種的單細(xì)胞軌跡顯示高度一致的擬時(shí)順序，表明不同亞種之間發(fā)育軌跡的保守性。

　　研究人員進(jìn)一步結(jié)合已發(fā)表的擬南芥根尖scRNA-seq數(shù)據(jù)集利用同源基因進(jìn)行了比對(duì)分析，這是首次在單細(xì)胞水平進(jìn)行植物組織器官進(jìn)化分析，研究比較了擬南芥和水稻主要細(xì)胞類型轉(zhuǎn)錄組的保守性和特異性，發(fā)現(xiàn)擬南芥和水稻大部分細(xì)胞類型轉(zhuǎn)錄組之間差異較大，只有根毛細(xì)胞相關(guān)性較高，說(shuō)明了研究其他不同植物單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的重要性。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.12.014

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