中國科學(xué)家繪制全球首張維管植物整合細胞圖譜

1月前發(fā)布在 7X24h 資訊

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王佳偉團隊，繪制了世界上首張維管植物整合細胞圖譜，并通過系統(tǒng)鑒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，為植物發(fā)育生物學(xué)研究提供了一個全新的研究范式。相關(guān)研究8月18日發(fā)表于《細胞》。

得益于雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻的遺傳學(xué)研究，植物發(fā)育生物學(xué)在過去40年取得了長足的發(fā)展。然而，隨著正向遺傳學(xué)篩選的日趨飽和，基因功能的冗余性逐漸成為植物新基因挖掘的巨大障礙。許多植物高質(zhì)量單細胞制備難度大，同時相當(dāng)一部分植物的基因組龐大且相關(guān)測序尚未完成，為植物單細胞圖譜的繪制帶來了巨大挑戰(zhàn)。

研究團隊開發(fā)了高效的原生質(zhì)體制備技術(shù)，并建立了一套無需參考基因組即可進行單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析的流程。在此基礎(chǔ)上，研究團隊成功繪制了來自石松類植物（石松和銀邊卷柏）、蕨類植物（腎蕨）及裸子植物（油松）的四張全新單細胞圖譜，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了維管植物的整合單細胞圖譜的構(gòu)建。維管植物的起源可以追溯到約四億年前，而這張整合細胞圖譜是目前已知的跨越演化時間最大的植物整合單細胞圖譜。

進一步地，研究團隊在蕨類和裸子植物中發(fā)現(xiàn)了以前從未發(fā)現(xiàn)的新細胞類型（韌皮部中的類伴胞細胞）。此外，基于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(guān)鍵調(diào)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(yīng)對當(dāng)前基因挖掘中的瓶頸問題，用于高效發(fā)現(xiàn)全新的發(fā)育基因。研究團隊以各類細胞底層基因集為參考，開發(fā)了一個維管植物通用的細胞類型自動化注釋工具，能夠在短時間內(nèi)對一個未知圖譜進行初步注釋。