水稻作為重要的糧食作物，為全球一半以上的人口提供主糧；同時，水稻作為單子葉模式植物，其個體發(fā)育與細胞分化受到了科研人員持續(xù)和廣泛的關注。細胞功能的分化常?？梢泽w現(xiàn)為基因表達的差異。新興的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術使高通量探究細胞的功能分化成為可能。繪制水稻全苗單細胞轉(zhuǎn)錄圖譜將為單子葉植物的研究工作提供關鍵的基礎資源，為理解植物發(fā)育的轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律提供新的認知。

 

　　中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員錢文峰研究組應用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術，獲得了水稻幼苗葉和根超過二十萬個單細胞的轉(zhuǎn)錄組信息，利用已報道的細胞類型標記基因和原位雜交技術，對每個細胞的身份進行鑒定，構建了水稻幼苗葉和根的單細胞轉(zhuǎn)錄圖譜?；谠搱D譜進一步發(fā)現(xiàn)，盡管葉和根的同種類型組織（例如，葉和根各自的維管組織，葉肉細胞和根皮層細胞）具有顯著的轉(zhuǎn)錄組相似性，葉和根表皮組織的轉(zhuǎn)錄組卻具有較大差異，這可能與地上部和地下部表皮組織所處外界環(huán)境的差異有關。

 

　　該研究還比較了多個生長條件下水稻幼苗單細胞轉(zhuǎn)錄圖譜的差異，發(fā)現(xiàn)水稻在應對低氮、缺鐵以及高鹽脅迫時，不同類型的細胞常常采取細胞類型特異的轉(zhuǎn)錄響應，而同種類型細胞在響應不同脅迫時往往傾向于使用相似的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。研究人員還關注到在脅迫條件下幼苗表現(xiàn)出葉片發(fā)黃的現(xiàn)象。通過研究細胞群體組成，作者發(fā)現(xiàn)脅迫條件下葉肉細胞比例顯著降低。通過進一步重構葉肉細胞的發(fā)育軌跡，發(fā)現(xiàn)在葉肉細胞發(fā)育的不同階段，不同功能的基因按照特定時序依次動態(tài)響應，為理解非生物脅迫下細胞分化的差異提供了線索。該研究為水稻全苗開展單細胞分辨率的組學研究奠定了基礎，為深入解析植物的生命活動提供了新的角度。

 

　　上述研究結(jié)果于近日在線發(fā)表于Journal of Genetics and Genomics雜志。該研究得到國家自然科學基金委以及植物基因組學國家重點實驗室的資助。

　　水稻幼苗葉和根的單細胞轉(zhuǎn)錄組二維UMAP圖與組織解剖圖