中科院遗传发育所钱文峰团队绘制水稻全苗单细胞转录组图谱

来源 | JGG

2021年6月18日，中国科学院遗传与发育生物学研究所钱文峰研究员团队在Journal of Genetics and Genomics上发表了题为Single-cell transcriptome atlas of the leaf and root of rice seedlings的研究论文。该研究通过绘制单子叶模式植物水稻的单细胞转录图谱，比较叶和根同类组织基因表达的异同，探究非生物胁迫下细胞类型特异的转录调控与细胞比例变化，为理解水稻发育和胁迫响应的转录调控规律提供新的认知。

作为多细胞生物，植物的生命活动由不同类型的细胞分工协作完成。细胞功能的分化常常体现在基因表达水平的差异。因此，可以通过单细胞转录组测序技术获得数万个细胞的转录组信息，进而探究细胞的功能分化以及细胞类型特异的环境响应。已有的植物单细胞转录组报道已经实现了一些植物特定组织的单细胞转录组图谱构建，但大多数研究集中于拟南芥。目前水稻的单细胞转录组研究则主要着眼于根部。

该研究利用单细胞转录组测序技术，绘制多个生长条件下水稻幼苗叶和根的单细胞转录图谱，并识别出主要的细胞类型。作者使用该图谱比较叶和根多种细胞组织的转录组异同，发现尽管同种类型组织在叶和根中 (例如叶肉细胞和根皮层细胞) 具有显著的转录组相似性，表皮和内皮细胞在根和叶中具有较大差异。该研究还发现，水稻在应对非生物胁迫时常常具有细胞类型特异性的转录响应，而同种细胞类型在响应不同胁迫时往往倾向于使用大致相似的转录调控机制。作者还关注水稻在非生物胁迫下细胞数目比例发生的变化，并通过单细胞发育轨迹的重建探究了潜在的分子机制。研究中部分全局性的研究结论得到包括荧光显微成像以及流式细胞术在内的生物学实验的进一步验证。该研究为水稻全苗开展单细胞分辨率的组学研究奠定了基础，并为探究植物生命活动的调控机制提供新视角。

水稻幼叶单细胞转录组的二维可视化UMAP图，以及与水稻幼叶解剖图的对应关系

中国科学院遗传与发育生物学研究所王瑜博士和郇庆副研究员为该论文的共同第一作者，郇庆副研究员和钱文峰研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委以及植物基因组学国家重点实验室的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1673852721001673