近日，中國(guó)熱科院生物所功能基因組與分子育種研究團(tuán)隊(duì)首次在單細(xì)胞水平系統(tǒng)解析了香蕉根尖應(yīng)對(duì)Foc TR4侵染的細(xì)胞類型特異性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為香蕉抗枯萎病分子機(jī)制研究和基于金屬離子調(diào)控的抗病品種設(shè)計(jì)提供新思路。

 

　　香蕉是全球超過4億人口的主食作物，其中40%以上的產(chǎn)量依賴“巴西蕉”（Cavendish）。然而，香蕉枯萎?。‵usarium wilt）由尖孢鐮刀菌古巴專化型熱帶4號(hào)小種（Fusarium oxysporum f. sp. cubense TR4, Foc TR4）引起，是當(dāng)前全球香蕉產(chǎn)業(yè)面臨的最嚴(yán)重威脅之一。Foc TR4 能直接侵染香蕉根系，沿維管束擴(kuò)展，導(dǎo)致植株萎蔫甚至死亡，對(duì)世界香蕉安全生產(chǎn)構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。

 

　　團(tuán)隊(duì)研究鑒定了來自19個(gè)細(xì)胞群的10種主要細(xì)胞類型，并通過擬時(shí)序分析探索了分生細(xì)胞、根冠細(xì)胞和中柱鞘細(xì)胞的分化軌跡，發(fā)現(xiàn)中柱鞘細(xì)胞是Foc TR4侵染下的主要響應(yīng)細(xì)胞類型。團(tuán)隊(duì)鑒定了11個(gè)共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其中8個(gè)與Foc TR4響應(yīng)顯著相關(guān)。尤其是在M5模塊中，轉(zhuǎn)錄因子MaKAN4與兩個(gè)Zn??依賴基因（MaACA7和MaADH3）共表達(dá)，該模塊與中柱鞘細(xì)胞特異相關(guān)并參與Foc TR4響應(yīng)。進(jìn)一步研究表明，MaKAN4蛋白能夠與MaACA7和MaADH3的啟動(dòng)子互作并促進(jìn)其表達(dá)，揭示了MaKAN4通過調(diào)控Zn??依賴的MaACA7/MaADH3模塊在香蕉抗病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。綜上所述，本研究為解析香蕉根尖細(xì)胞命運(yùn)差異表達(dá)提供了單細(xì)胞圖譜，同時(shí)為揭示香蕉應(yīng)答Foc TR4侵染的調(diào)控機(jī)制提供了新見解。

 

　　相關(guān)研究以“Single-cell transcriptome atlas unveils transcriptional regulation networks of banana root tips in response to Fusarium oxysporum infection”為題發(fā)表于《Horticulture Research》。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所霍愷森助理研究員、李美英研究員、海南大學(xué)碩士研究生藍(lán)東旭為共同第一作者。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院胡偉研究員、謝江輝研究員、丁澤紅研究員為文章的共同通訊作者。該研究得到熱帶作物生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、海南省科技人才創(chuàng)新項(xiàng)目、海南省自然科學(xué)青年基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf220