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最新植物单细胞前沿文章分享

来源：花匠小妙招时间：2025-09-25 03:41

之前，在、、、等文章为大家介绍过很多植物单细胞高分章。而在过去的几个月中，又涌现出数篇植物单细胞测序高分文章，研究物种有玉米、水稻、高粱、大豆、拟南芥、茶树、长春花等！

接下来，就为大家分享几篇最新的植物单细胞高分文章供大家参考，欢迎有相关意向的老师咨询。

案例1

单细胞转录组揭示玉米根的热胁迫反应机制

英文标题：Single-cell tranomes reveal spatiotemporal heat stress response in maize roots

发表期刊：Nature Communications

发表时间：2025年1月2日

技术策略：scRNA-seq

影响因子：14.7

物种样本：玉米根

植物根系能够感知热胁迫（HS）并相应地调整其形态结构，这反过来又会影响农作物的产量。研究根系对热胁迫的异质性和细胞类型特异性反应，对于提高作物的抗逆性至关重要。本研究绘制了玉米根系响应热胁迫的单细胞转录图谱，鉴定出15个细胞簇，对应9种主要细胞类型，并确定皮层是响应热胁迫的主要根细胞类型，其差异表达基因数量最多，且在热胁迫下其发育轨迹受到优先影响。

本研究发现皮层大小与耐热性密切相关，这一关系通过玉米自交系以及一个候选基因的基因突变分析得到了实验验证，为作物改良提供了潜在的耐热指标和靶点。此外，种间比较揭示了植物中响应热胁迫的保守根细胞类型和核心标志物，并通过实验进行了验证。

图1. 玉米初生根尖单细胞RNA-Seq的聚类注释和细胞类型差异

案例2

拟南芥成熟根单核转录组研究发现MYB67控制木栓层细胞的成熟

英文标题：A single-nuclei tranome census of the Arabidopsis maturing root identifies that MYB67 controls phellem cell maturation

发表期刊：Developmental Cell

发表时间：2025年1月9日

技术策略：snRNA-seq

影响因子：10.7

物种样本：拟南芥根

DOI：10.1016/j.devcel.2024.12.025

本研究通过单核转录组测序生成了拟南芥根表达谱，研究了拟南芥根木栓层细胞的完整发育进程，从它们的祖细胞类型，中柱鞘，直到它们成熟。据此，确定了这一过程背后的一整套基因，包括MYB67，并发现它在木栓细胞成熟中起重要作用，本研究扩展了我们对植物二次生长的理解。

图2. 成熟拟南芥根的单核测序鉴定潜在的木栓细胞群体

案例3

谷胱甘肽加快植物再生中的细胞周期和细胞重编程

英文标题：Glutathione accelerates the cell cycle and cellular reprogramming in plant regeneration

发表期刊：Developmental Cell

发表时间：2025年1月3日

技术策略：scRNA-seq, Bulk RNA-seq

影响因子：10.7

物种样本：拟南芥根

DOI：10.1016/j.devcel.2024.12.019

植物细胞的可塑性是其强大再生能力的基础，越来越多的证据表明，植物和动物细胞的重编程过程中，细胞周期动态变化起着重要作用。为了研究细胞重编程过程中的细胞周期，我们在拟南芥根中开发了一套全面的细胞周期阶段标记。利用单细胞RNA测序图谱和再生过程中的实时成像，发现在切除损伤附近的一部分细胞，通过缩短G1期，显著提高了分裂速率。处于G1期的细胞在协调进入S期之前，会出现谷胱甘肽（GSH）在细胞核内的短暂峰值，随后细胞快速分裂并进行重编程。对地上组织的共质体阻断会损害再生，而外源性GSH可以挽救这种情况。本研究构建了一个模型，即损伤时，外层组织中的GSH被释放，促使伤口附近细胞退出G1期，从而诱导细胞快速分裂和重编程。

图3. 单细胞阶段同步的细胞为细胞周期的每个阶段产生可靠的转录标记

案例4

大豆种子的细胞结构与遗传调控机制的解析

英文标题：Dissecting the cellular architecture and genetic circuitry of the soybean seed

发表期刊：PNAS

发表时间：2024年12月30日

技术策略：snRNA-seq

影响因子：9.4

物种样本：大豆种子

种子是由胚、胚乳和种皮三个区域组成的复杂结构，每个区域又进一步细分为由组织、细胞层和细胞类型构成的子区域。尽管种子的解剖结构已得到充分描述，但对于决定其空间复杂性的遗传调控机制却知之甚少。本研究对单个细胞核中的RNA进行分析，并鉴定出代表不同细胞特性的细胞核簇。通过整合单核RNA和子区域mRNA转录组，我们能够将大多数细胞特性对应到特定的子区域、细胞类型和/或细胞状态。并发现细胞亚群的数量超过了解剖学上可区分的细胞类型的数量，这凸显了种子的空间复杂性。本研究定义了种子发育过程中不同生物学过程背后的基因共表达网络。研究表明，这些网络在子区域和细胞亚群之间的分布差异很大。研究还表明，单个子区域和细胞亚群拥有多个网络。总之，本研究为种子空间景观下的生物过程和遗传通路提供了独特的见解。

图4. 大豆子叶期种子的单核RNA测序确定了多种不同的细胞特性

案例5

Nature文章揭示C4植物如何进化出更高效的光合作用

英文标题：Exaptation of ancestral cell-identity networks enables C4 photosynthesis

发表期刊：Nature

发表时间：2024年11月20日

技术策略：snRNA-seq

影响因子：50.5

物种样本：水稻、高粱幼苗

图5. 经历去黄化的水稻和高粱单核的基因表达和染色质可及性

案例6

茶树单细胞水平上根系特异性茶氨酸代谢与调控

英文标题：Root-specific theanine metabolism and regulation at the single-cell level in tea plants (Camellia sinensis)

发表期刊：eLife

发表时间：2024年10月14日

技术策略：scRNA-seq

影响因子：6.4

物种样本：茶树根

DOI：10.7554/eLife.95891.3

根部合成的次生代谢物是食品、植物源药物和饮品中至关重要的品质赋予化合物。然而，在单细胞层面有关根部特异性次生代谢的信息，在很大程度上仍未得到充分探索。茶氨酸是茶叶的一种重要品质成分，主要在根部合成，随后从根部转运至茶树的新梢。在本研究中，我们展示了通过单细胞RNA测序获得的茶树根部图谱，该图谱使得对谷氨酸和乙胺（茶氨酸生物合成的两种前体）代谢，以及茶氨酸生物合成、储存和转运进行细胞类型特异性分析成为可能。本研究在单细胞水平上提供了茶氨酸代谢和调节的新见解，并为研究其他植物系统中根特异性次生代谢提供了一个实例。

图6. 茶树根的单细胞转录组分析和细胞亚群注释

案例7

药用植物长春花中单萜吲哚生物碱生物合成的细胞类型感知调控景观

英文标题：Cell-type-aware regulatory landscapes governing monoterpene indole alkaloid biosynthesis in the medicinal plant Catharanthus roseus

发表期刊：New Phytologist

发表时间：2024年10月25日

技术策略：snRNA-seq，snATAC-seq，DAP-seq，RNA-seq

影响因子：8.3

物种样本：长春花叶片

DOI：10.1111/nph.20208

在植物中，一些特定代谢产物的生物合成途径会分布于特化或稀有细胞类型中，长春花的单萜吲哚生物碱（MIA）合成途径就是例证，长春花是抗癌化合物长春碱的来源。在长春花叶片中，MIA生物合成途径分布于三种细胞类型中，该途径已知的最后几步反应在一种称为异细胞的稀有细胞类型中表达。目前，对于MIA生物合成如何实现细胞类型特异性，我们知之甚少。

本研究通过整合长春花叶片单细胞转录图谱、染色质可及性图谱以及转录因子（TF）结合位点图谱，构建了一个针对MIA生物合成的细胞类型特异性基因调控网络。展示了细胞类型特异性转录因子以及细胞类型特异性顺式调控元件。通过基序富集分析、跨细胞类型的共表达分析以及功能验证方法，我们发现了一种新的异细胞特异性转录因子（Idioblast MYB1，CrIDM1），它能激活异细胞中MIA生物合成晚期基因的表达。这些分析不仅发现了首个有记录的细胞类型特异性转录因子，该因子可调控异细胞代谢调节子中两个异细胞特异性生物合成基因的表达，还为细胞类型特异性代谢调控提供了新见解。

图7. 长春花叶片单萜吲哚生物碱（MIA）生物合成基因的细胞类型特异性表达

案例8

大豆根和成熟根瘤的单细胞转录组图谱揭示了控制结瘤过程的新调控程序

英文标题：Single-cell tranome atlases of soybean root and mature nodule reveal new regulatory programs that control the nodulation process

发表期刊：Plant Communications

发表时间：2024年6月6日

技术策略：snRNA-seq

影响因子：9.4

物种样本：大豆根、根瘤

大豆根系结构很复杂。除了由多种细胞类型构成外，大豆根系还包括主根、侧根以及根瘤。本研究运用单核RNA测序和分子定位技术，精确描绘了大豆根及成熟根瘤细胞类型的转录组特征，揭示了在成熟大豆根瘤中，被根瘤菌侵染的不同细胞亚群共存的现象，这些亚群包括积极参与固氮的细胞以及处于衰老状态的细胞。对单细胞分辨率的根瘤转录组图谱及相关基因共表达网络的挖掘，证实了已知结瘤相关基因的作用，并鉴定出控制结瘤过程的新基因。例如，我们对GmFWL3的功能进行了研究，它是一种质膜微区相关蛋白，可控制根瘤菌的侵染。总之，本研究揭示了大豆根瘤的细胞复杂性，并且在考虑大豆根瘤侵染区时，有助于重新定义细胞的类型。

图8. 大豆根单核转录组图谱的构建

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