全面综述植物单细胞转录组学研究进展

植物含有大量的细胞类型，并表现出复杂的调控机制。在植物科学中，单细胞水平的研究逐渐变得更加普遍。单细胞转录组学、空间转录组学和空间代谢组学技术的结合已经开始用于植物发育学的研究。这些技术已用于在单细胞水平上研究植物组织的转录组和代谢组，从而能够在特定的发育阶段系统地研究特定组织和细胞类型中的基因表达和代谢。

2022年12月20日，Plant Communications在线发表了河南大学孙旭武团队题为“Single-cell and spatial multi-omics in the plant sciences: Technical advances, applications, and perspectives”的综述论文。概述了植物单细胞转录组学、单细胞表观基因组学和空间多组学的最新主要进展，并讨论了这些技术在植物研究中的应用以及未来多组学可能的发展潜力。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100508

植物细胞的分化过程中在细胞和细胞类型之间产生异质性，并在发育过程中相互关联。决定细胞发育过程的特定基因的表达水平在细胞发育阶段之间存在显著差异，因此在单细胞水平上研究这一过程非常重要。近年来，许多最近的研究利用了单细胞RNA测序（scRNA-seq），其中扩增和测序了分离的单细胞的转录组。获得单个细胞基因表达谱的能力是scRNA-seq相对于先前转录组技术的一个关键优势。

在这篇综述中，作者首先介绍了植物单细胞转录组学研究的技术体系（图1）。

图1.拟南芥叶片的10x基因组学单细胞测序流程图。

随后作者概述了植物单细胞转录组学、单细胞表观基因组学和空间多组学的最新主要进展（图2）。

图2. 主要植物多组学研究时间表。

随后，作者分别介绍了空间转录组技术及其在植物中的应用（图3）和质谱成像及其在植物代谢产物空间分布分析中的应用（图4）。

图3. 棉花体细胞胚胎10x Visium空间转录组学分析流程图。

图4. 显示植物样品空间代谢组学分析的流程图。

以上的总结表明，许多生物学领域的研究都利用scRNA-seq和scATAC-seq技术作为实验工具。尽管如此，单细胞测序技术在研究中的使用仍然有限，最重要的限制是无法获得细胞空间信息。组织切片的空间成像图可以与空间转录组学相结合，以探索细胞如何在组织内相互作用以及特定基因在何处表达。基因转录不是影响植物发育的唯一因素；蛋白质和代谢产物的水平也密切调节发育过程。只有全面研究多种细胞成分，才能准确识别植物发育的关键因素。因此，多组学技术越来越多地被结合在植物学研究中。因此，在这些综述的基础上，作者对未来单细胞空间多组学技术在植物研究中的应用设计了可行性的研究策略（图5）。

图5.多组学分析流程图。

河南大学棉花生物学国家重点实验室硕士生于晓乐、刘祉辛副教授为论文共同第一作者，孙旭武教授为通讯作者。研究工作得到了国家重大研发计划、国家自然科学基金、河南大学高层次人才等项目的资助。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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