近日，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所白菜課題組在《Horticulture Research》期刊發(fā)表了一項突破性研究成果，題為“Single-cell transcriptomic analysis of flowering regulation and vernalization in Chinese cabbage shoot apex”。該研究利用單細胞RNA測序（scRNA-seq）技術，深入解析了白菜不同細胞類型的開花基因表達變化及春化對不同細胞類型開花基因的表達調控。這一研究首次為白菜的莖尖組織細胞提供了高分辨率的轉錄圖譜，對白菜及其他蕓薹屬作物的分子育種具有重要參考價值。

 

　　白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）作為全球廣泛種植的重要蔬菜，其開花時間受春化的顯著影響。春化是指植物在低溫條件下促進開花的現(xiàn)象，而這一過程的分子機制長期以來主要在擬南芥等模式植物中進行研究。針對白菜這一非模式植物，白菜課題成員旨在通過創(chuàng)新的單細胞轉錄組測序技術，揭示其莖尖組織中的關鍵細胞類型如何在春化過程中調控開花基因表達。

 

　　本研究采用了先進的10×Genomics平臺進行單細胞RNA測序，并使用偽時間軌跡分析工具Monocle 2，追蹤不同細胞類型在莖尖組織中的發(fā)育路徑。團隊不僅生成了白菜春化處理前后的基因表達差異圖譜，還通過跨物種對比發(fā)現(xiàn)了白菜和擬南芥在開花基因調控上的保守性。

 

　　研究團隊對白菜莖尖組織19,602個單細胞進行測序，識別并分類為15個細胞群，包括莖尖分生組織細胞（SMC）、伴細胞（CC）、葉肉細胞（MC）等關鍵類型。團隊發(fā)現(xiàn)，抑制開花的關鍵基因BrFLC2主要在伴細胞（CC）中高表達，這一發(fā)現(xiàn)與擬南芥中的FLC基因表達模式一致，表明BrFLC2在白菜中的保守功能。在春化后（25天低溫處理）與非春化處理之間，白菜不同細胞群中多種基因的表達水平發(fā)生顯著變化。尤其是 VIN3、VRN1、VRN2 和 FT 等春化調控基因在伴細胞和莖尖分生組織細胞中的表達顯著上調，表明這些基因在不同細胞類型中具有特定的調控作用。通過與擬南芥莖尖的單細胞數(shù)據(jù)對比，研究發(fā)現(xiàn)白菜與擬南芥在開花調控基因的細胞特異性表達上存在高度相似性。這一結果為理解不同植物間的花期調控機制提供了新視角。

 

　　本研究為非模式植物的單細胞研究開辟了新方向，并為白菜及其他蕓薹屬作物的分子育種提供了關鍵數(shù)據(jù)支持。這一創(chuàng)新性成果展示了春化在多細胞層面如何調控花期，為未來開發(fā)適應氣候變化的早熟或晚熟白菜品種提供了科學依據(jù)。同時，這一研究也驗證了單細胞RNA測序技術在非模式作物研究中的廣泛應用潛力。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所戴昀博士后、章時蕃副研究員、官健濤助理研究員為本論文共同第一作者，張淑江研究員和李菲副研究員為論文的通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程項目和國家自然基金等項目的資助。

 

　　原文鏈接： https://academic.oup.com/hr/article/11/10/uhae214/7723780?login=false