全球首張維管植物整合細胞圖譜繪就

中國科學報訊（見習記者江慶齡）中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王佳偉團隊繪製出世界上首張維管植物整合細胞圖譜，並通過系統鑑定維管植物各類細胞的底層基因，突破了基因高效挖掘的瓶頸，爲植物發育生物學研究提供了全新的研究範式。相關研究成果近日發表於《細胞》。

得益於雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻的遺傳學研究，植物發育生物學在過去40年取得了長足發展。然而，隨着正向遺傳學篩選的日趨飽和，基因功能的冗餘性逐漸成爲植物新基因挖掘的巨大障礙。許多植物高質量單細胞製備難度大，同時相當一部分植物的基因組龐大且相關測序尚未完成，爲植物單細胞圖譜的繪製帶來了巨大挑戰。

研究團隊開發了高效的原生質體制備技術，並建立了一套無需參考基因組即可進行單細胞轉錄組數據分析的流程。在此基礎上，研究團隊成功繪製了來自石松類植物（石松和銀邊卷柏）、蕨類植物（腎蕨）及裸子植物（油松）的4張全新單細胞圖譜，進而實現了維管植物的整合單細胞圖譜構建。維管植物的起源可以追溯到約4億年前，而這張整合細胞圖譜是目前已知跨越演化時間最大的植物整合單細胞圖譜。

研究團隊進一步在蕨類和裸子植物中發現了以前從未發現的新細胞類型，即韌皮部中的類伴胞細胞。此外，基於跨物種保守性和基因表達模式相似性，研究團隊首次揭示了維管植物各類細胞的底層基因集，且大部分已知擬南芥各類細胞類型的關鍵調控基因都可以在此基因集中找到。值得一提的是，維管植物底層基因集能夠有效應對當前基因挖掘中的瓶頸問題，用於高效發現全新的發育基因。研究團隊以各類細胞底層基因集爲參考，開發了一個維管植物通用的細胞類型自動化註釋工具，能夠在短時間內對一個未知圖譜進行初步註釋。