【文献分享】茶树叶片单细胞转录组

今天分享一篇刚发表在PBJ上面的茶树叶片单细胞转录组的研究。

在该研究中，对茶树第一片和第三片叶片进行单细胞测序，共获得了16977细胞，构建了首个木本植物叶片的单细胞图谱，绘制了茶树叶片发育轨迹，并发现了新型的一个酯型儿茶素糖基转移酶（glycosyltransferase），获得酯型儿茶素糖苷化的证据。下面看下详细内容。

1. 茶树叶片结构和细胞类型的观察和鉴定

作者首先在显微镜下面观察了叶片内部的结构，观察茶叶细胞的详细类型，算是表型观察吧，并根据其茶树叶片特征，建立了茶树叶片原生质体的快速分离方法和参数。利用这个方法，共获得了18395个细胞。过滤后获得16977个细胞，其中第一片叶（9458），第三片叶（7519）。从获得细胞数目和其它各项参数来看，算是比较好的。

2. 茶树叶片单细胞图谱

这块就是常规单细胞转录组的分析。把上述获得的16977个细胞进行聚类分析，最后划分为16个细胞类（cluster）。在这个研究中，作者又通过相同的酶解手段，对叶片进行了表皮，叶肉，维管组织等6个亚组分的分离，并验证各细胞簇特异高表达的基因在6组分中的相对表达水平，结合模式植物中的细胞标记基因同源注释（来源于我们开发的PCMDB ），来注释了茶树叶片细胞的各个细胞类型（下图c），以及在两个叶片组织中的占比（下图b）。最后展示了主要marker基因在各个cluster中的表达情况（下图d）。

下面这个图就是作者分离的几个不同细胞类型（很好奇怎么分离的），以及主要marker基因在6个不同细胞类型的表达情况（qRT-PCR结果）。

但是我看了附表数据，两个样品的聚类结果，发现两个样本几乎就是完全分开的，我有点怀疑是batch effect。但是我也不确定，按道理来说，都是叶片，细胞结构应该不至于差别这么大吧（先打个问号）。

接着也是单细胞分析的经典part，对于叶片发育做了轨迹分析。从分析结果来

看，不管是取样的部位，还是不同的细胞类型，在分化的时间轨迹上都有很多特异的地方，具体的表达，大家可以去阅读paper。另外，作者尝试去鉴定了分化point上的marker基因，并挑出一部分就行了重点阐述。最终总结了一张各个分化point上的关键marker 基因（下图k）。

3. 细胞特异次生代谢合成基因的鉴定

然后作者特异分析了类黄酮，茶氨酸相关的基因是否呈现细胞类型特异表达的规律（下图a）。然后发现这些基因不管是在不同的叶片部位，还是细胞类型均呈现特异表达的pattern（下图b）。然后作者做了一个共表达分析，构建了一个类黄酮/茶氨酸的共调控网络（下图c）。在网络中，作者发现了一个叶肉高表达且与儿茶素代谢显著相关的糖基转移酶基因UGT72B23（下图d）。

通过体内外活性验证了其酯型儿茶素糖基转移酶活性，在植物叶片中检测到酯型儿茶素糖苷（下图）。

最后，作者对于研究结果进行了总结，并绘制了单细胞水平下UGT72B23介导的时空特异性的儿茶素酯葡萄糖苷合成途径（下图）。

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