随着单细胞转录组测序技术的发展，在人和动物为主的医学领域得到的广泛的应用，现在，越来越多的植物领域的研究人员也陆续的开始将该技术应用于植物组织异质性、图谱、发育、抗逆、以及育种等方面的研究，本期汇总了几项植物领域单细胞转录组测序技术的研究成果，和大家分享。

植物单细胞转录组测序技术简介

同一植物组织中，名义上均一的细胞群，其实每个细胞在大小以及mRNA表达转录上都存在差异，采用常规的Bulk测序会掩盖细胞之间基因表达的显著差异。而利用单细胞转录组测序可以找到Bulk测序所不能得到的丢失的细胞亚型，找到因为细胞的异质性而隐藏的差异基因，还能找到特定类型细胞内的差异基因，并且去掉Bulk测序的失真的信息。

植物单细胞转录组测序与Bulk 测序对比

目前，百奥益康在植物单细胞测序方面已累积众多项目经验，已经完成的物种涉及模式植物、粮食作物、经济作物、果树、蔬菜、林木、藻类等，积累了大量的植物原生质体及细胞核分离经验。

百奥益康植物样本原生质体/细胞核制备步骤

玉米单细胞核转录组全面揭示气孔运动和发育的分子机制

The maizesingle-nucleus transcriptome comprehensively describes signalingnetworks governing movement and development of grass stomata

发表杂志：The Plant Cell；影响因子：12.084；

发表时间：2022年4月；应用技术：10x Genomics单细胞转录组测序；

本研究利用单细胞核转录组测序技术从玉米表皮富集组织的33,098个细胞核中鉴定成熟和发育中气孔的细胞类型。保卫细胞（GCs）和辅助细胞（SCs）除了编码转运蛋白的基因外，在脱落酸、CO2、Ca2+、淀粉代谢、蓝光信号转导途径和影响细胞壁可塑性的基因表达上存在差异，表明GCs和SCs在气孔发育和哑铃状保卫细胞形成过程中存在更复杂的关系。通过与MUTE缺陷突变体气孔发育的bulk RNA-seq数据比较，确定了幼嫩组织中气孔发育轨迹，并阐明了气孔发育的关键参与因素。此外还分析了玉米叶基部的样品，得到了参与单子叶植物气孔发育的新的候选基因。从这些候选基因中，研究鉴定了在哑铃状保卫细胞的发育和成熟过程中发挥重要作用的细胞壁相关基因。

玉米表皮细胞类型鉴定

烟草花冠细胞的单细胞转录组测序揭示了花香的生物合成途径

Single‐cell RNA‐sequencing of Nicotiana attenuata corolla cells reveals the biosynthetic

发表杂志：New Phytologist；影响因子：10.323；

发表时间：2022年4月；应用技术：10x Genomics单细胞转录组测序；

高通量单细胞转录组测序根据细胞间基因表达的异质性识别不同的细胞群体。通过检测基因表达谱密度的分布，可以观察到每个细胞群体的代谢特征。本研究使用单细胞转录组测序技术来揭示花挥发性物质的整个生物合成途径。野生烟草的花冠散发出一股香味，主要由苯丙酮（BA）组成。通过绘制烟草花冠细胞的单细胞转录图谱，对3,756个单细胞中大于16,000个基因的转录水平进行分析。研究者进行了非监督的聚类分析，以确定哪些细胞群参与了BA的生物合成。通过分析单细胞转录组测序数据集中的基因共表达和沉默花冠中的候选基因，揭示了BA的生物合成途径。总之，单细胞转录组测序技术提供的高分辨率基因表达时空图谱揭示了植物特定细胞类型代谢的分子特征。

1实验流程及烟草花冠细胞类型鉴定

愈伤组织中层细胞的多能性获取机制

Pluripotency acquisition in the middle cell layer of callus is required for organ regeneration

发表杂志：Nature Plants；影响因子：17.352；

发表时间：2021年11月；应用技术：10x

Genomics单细胞转录组测序技术愈伤组织的器官再生能力是植物再生领域的核心科学问题之一，而尚未在分子机制方面得到合理解释。本研究对拟南芥下胚轴（Col-0）外植体诱导产生的愈伤组织进行了单细胞测序，获得了10个细胞簇，确认了愈伤组织可以大致分为三层：外层细胞类似于根尖的表皮和根冠；中层细胞具有根尖静止中心（quiescentcenter,QC）的特征；内层细胞类似于根尖的维管初始细胞。发现愈伤组织中层细胞不仅与根尖静止中心QC有着高度类似的转录组特征，也是根和芽再生的源头干细胞。重建的轨迹表明，愈伤组织从中间细胞层向外部细胞层和内部细胞层有两个方向的分化。

1愈伤组织单细胞转录组分析

单细胞测序研究水稻根组织细胞图谱

Transcriptional landscape of rice roots at the single-cell resolution

发表杂志：Molecular Plant；影响因子：21.949；

发表时间：2021年3月；应用技术：10x Genomics单细胞转录组测序技术；

植物根系的发育及与环境互作的分子机制还知之甚少。对于根尖这一重要的高异质性器官，传统的高通量测序无法检测不同细胞型的转录组差异。本研究对拟南芥下胚轴（Col-0）外植体诱导产生的愈伤组织进行了单细胞测序，获得了10个细胞簇，确认了愈伤组织可以大致分为三层：外层细胞类似于根尖的表皮和根冠；中层细胞具有根尖静止中心（quiescentcenter,QC）的特征；内层细胞类似于根尖的维管初始细胞。发现愈伤组织中层细胞不仅与根尖静止中心QC有着高度类似的转录组特征，也是根和芽再生的源头干细胞。重建的轨迹表明，愈伤组织从中间细胞层向外部细胞层和内部细胞层有两个方向的分化。

1实验流程及水稻根尖的单细胞转录组分群图

参考文献

Sun G, Xia M, Li J, et al. The maize single-nucleus transcriptome comprehensively describes signaling networks governing movement and development of grass stomata.Plant Cell.2022;34(5):1890-1911.

Kang M, Choi Y, Kim H, Kim SG. Single-cell RNA-sequencing of Nicotiana attenuata corolla cells reveals the biosynthetic pathway of a floral scent.New Phytol.2022;234(2):527-544.

Zhai N, Xu L. Pluripotency acquisition in the middle cell layer of callus is required for organ regeneration.Nat Plants.2021;7(11):1453-1460.

Liu Q, Liang Z, Feng D, et al. Transcriptional landscape of rice roots at the single-cell resolution.Mol Plant.2021;14(3):384-394.

李超 | 文案

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