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(xì)胞分化受到了科研人員持續(xù)和廣泛的關(guān)注。細(xì)胞功能的分化常?？梢泽w現(xiàn)為基因表達(dá)的差異。新興的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)使高通量探究細(xì)胞的功能分化成為可能。繪制水稻全苗單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜將為單子葉植物的研究工作提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)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(rèn)知。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員錢文峰研究組應(yīng)用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，獲得了水稻幼苗葉和根超過二十萬個單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組信息，利用已報道的細(xì)胞類型標(biāo)記基因和原位雜交技術(shù)，對每個細(xì)胞的身份進(jìn)行鑒定，構(gòu)建了水稻幼苗葉和根的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜?；谠搱D譜進(jìn)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(xì)胞和根皮層細(xì)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(guān)。

 

　　該研究還比較了多個生長條件下水稻幼苗單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜的差異，發(fā)現(xiàn)水稻在應(yīng)對低氮、缺鐵以及高鹽脅迫時，不同類型的細(xì)胞常常采取細(xì)胞類型特異的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)，而同種類型細(xì)胞在響應(yīng)不同脅迫時往往傾向于使用相似的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。研究人員還關(guān)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(xì)胞群體組成，作者發(fā)現(xiàn)脅迫條件下葉肉細(xì)胞比例顯著降低。通過進(jìn)一步重構(gòu)葉肉細(xì)胞的發(fā)育軌跡，發(fā)現(xiàn)在葉肉細(xì)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(yīng)，為理解非生物脅迫下細(xì)胞分化的差異提供了線索。該研究為水稻全苗開展單細(xì)胞分辨率的組學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，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(xué)基金委以及植物基因組學(xué)國家重點實驗室的資助。

　　水稻幼苗葉和根的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組二維UMAP圖與組織解剖圖