PBJ | 中国农科院蔬菜花卉所王晓武团队利用单细胞测序技术揭示植物叶片背腹面细胞分化差异的分子机制

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所王晓武研究员团队在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Single-cell transcriptome reveals differentiation between adaxial and abaxial mesophyll cells in Brassica rapa”的论文。该研究通过对白菜叶片进行单细胞测序结合改良的tape-sandwich方法以及RNA原位杂交，区分了叶片栅栏组织和海绵组织，并鉴定了它们在单细胞水平的差异，揭示了腹面叶肉细胞和背面叶肉细胞的分化。

叶肉细胞既是叶片中最大的细胞群，也是光合作用的主要场所，包括了叶片腹面的栅栏组织和背面的海绵组织。栅栏组织和海绵组织细胞的差异和分化对于维持叶片形态具有重要意义。白菜类蔬菜包括许多叶片形态多样的亚种，如叶片弯曲结球的大白菜和叶片扁平的小白菜。探索叶片栅栏组织和海绵组织细胞之间的分化，并确定其关键的调控基因，对于揭示蔬菜作物叶片发育和叶球形成的机制非常重要。然而，人们对其知之甚少。

本研究构建了大白菜叶片的单细胞转录组图谱，其中包含16,055个高质量细胞，涵盖8种细胞类型即叶肉细胞、表皮细胞、维管细胞、维管束鞘、保卫细胞、增殖细胞、韧皮部和木质部 (图1)。该团队进一步采用改良的tape-sandwich方法分离了叶片栅栏组织和海绵组织，通过转录组分析鉴定了一批新的标记基因，从而将腹面的栅栏细胞和背面的海绵细胞在单细胞水平上区分开来。单细胞转录组分析发现了二者之间存在明显的功能差异，即栅栏细胞主要行使光合作用，而海绵细胞主要响应外部环境刺激。而且还发现，栅栏细胞富含大量核糖体蛋白编码基因，其中部分同源基因在拟南芥中已经被证明参与了叶片背腹极性的建成。此外，该团队发现大多数已知的背腹极性基因在成熟叶片中几乎不表达，而是在叶片发育的起始或早期阶段特异性表达。本研究为进一步了解白菜类和其他芸薹属作物的叶片发育和形态发生的复杂过程提供了新的见解。

王晓武研究员和武剑研究员为通讯作者，已毕业博士生郭新磊和梁建丽副研究员为论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFF1000101）、基本科研业务费（Y2020PT21）和创新工程项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1111/pbi.13919

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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