Genome Biology | 河北农业大学蔬菜遗传育种团队绘制大白菜单细胞转录图谱

责编 | 王一

近日，河北农业大学蔬菜遗传育种团队在Genome Biology上发表了题为Single-cell transcriptome reveals dominant subgenome expression and transcriptional response to heat stress in Chinese cabbage的研究论文，绘制了大白菜茎尖、叶片及叶片响应高温的单细胞转录图谱。该成果是蔬菜遗传育种团队继2022年在PNAS、Molecular Plant 和Cell Reports上发表大白菜相关研究之后的又一重要进展。

大白菜 （Brassica rapa ssp. pekinensis） 为十字花科芸薹属蔬菜作物，以叶片作为其食用器官。然而，叶片发育的分子调控网络在不同细胞类型间如何协同调控仍然不清。新兴的单细胞转录组测序技术使高通量探究细胞的功能分化成为可能。因此，绘制大白菜单细胞转录图谱将为理解芸薹属作物发育的转录调控规律提供新的认知。

该研究利用大白菜的茎尖和叶片组织作为样本制备原生质体，利用10x Genomics单细胞转录组测序技术，共获得了约3万个单细胞的转录组，识别出了茎尖和叶片组织的6种主要细胞类型，即茎尖细胞、叶肉细胞、表皮细胞、维管细胞、保卫细胞和增殖细胞。该研究系统揭示了大白菜细胞的异质性，并提供了多种细胞类型特异性标记基因，这将促进单细胞转录组测序技术在大白菜中的快速应用。大白菜经历过芸薹属物种特有的全基因组三倍化事件 （存在三个亚基因LF,MF1和MF2,其中LF为优势亚基因组） ，形成了现在的二倍体大白菜基因组，是一个研究基因组多倍化与形态多样性的理想物种。大白菜中的优势亚基因组除了基因数量上显著多于其他亚基因组外，且在基因表达上也具有优势，但是在以往的研究中优势基因的表达紧限于组织水平的研究。本研究发现优势亚基因组在不同细胞类型中也具有表达优势，并且不同细胞类型中，优势表达基因功能也存在差异，同时也发现同源基因在不同细胞类型中的表达模式也存在差异，为基因组多倍化研究提供重要参考。

图1. 大白菜细胞类型鉴定及亚基因组基因表达

为了进一步探究不同细胞类型在响应高温时是否存在异质性，该研究还构建了大白菜叶片在高温下的单细胞转录组图谱并得到不同类型细胞对高温反应的差异。结果显示，不同细胞类型基因的表达对高温的响应存在较大差异。此外，研究还发掘了不同细胞类型高温特异响应的基因，为解析植物细胞对高温响应的规律提供新视角。

图2.不同叶片细胞类型响应高温的基因表达差异

河北农业大学蔬菜遗传育种团队赵建军教授和马卫教授为论文共同通讯作者，孙晓雪、冯大领、刘梦洋为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目，河北省自然科学基金创新群体等项目资助。

论文链接：

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02834-4