在植物整個生命過程中，根尖不斷分化發育，形成的根系從土壤中吸收水分和礦質元素，參與植物與生物或非生物信號的互作，並起到固定植株的作用。但是，人們對植物根系的發育及與環境互作的分子機制還知之甚少。對於根尖這一重要的高異質性器官，傳統的高通量測序無法檢測不同細胞型的轉錄組差異。
12月19日，中國農業科學院生物技術研究所谷曉峰課題組與德國海德堡大學Jan U. Lohmann課題組合作，在《分子植物》在線發表研究論文。該研究對粳稻和秈稻根組織原生質體進行了高通量單細胞轉錄組測序，繪製了單子葉模式植物水稻首個根組織單細胞解析度轉錄組圖譜，為研究鬚根系植物根組織的細胞類型、功能和進化開闢了新的途徑。
研究人員對兩個水稻栽培亞種粳稻Nip和秈稻93-11的10,968和12,564個根尖細胞進行了單細胞轉錄組測序和分析，鑑定出8個細胞型，並利用組織原位雜交和遺傳轉化實驗鑑定了細胞類型特異性標記基因。
對Nip和93-11每種細胞型差異表達基因進行功能富集分析，發現大多數基因與環境響應有關，不同水稻亞種在受到外部環境刺激時響應機制存在差異。隨後對水稻單細胞數據進行擬時分析，繪製了根最外層細胞的發育軌跡。水稻根尖表皮分化是以表皮細胞為起點，到分叉點沿兩個方向分化，一個分支最終發育為成熟的表皮細胞，另一個分支經歷過渡型表皮細胞後最終分化為根毛細胞。來自兩個栽培品種的單細胞軌跡顯示高度一致的擬時順序，表明不同亞種之間發育軌跡的保守性。
研究人員進一步結合已發表的擬南芥根尖scRNA-seq數據集利用同源基因進行了比對分析，這是首次在單細胞水平進行植物組織器官進化分析，研究比較了擬南芥和水稻主要細胞類型轉錄組的保守性和特異性，發現擬南芥和水稻大部分細胞類型轉錄組之間差異較大，只有根毛細胞相關性較高，說明了研究其他不同植物單細胞轉錄組的重要性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.12.014
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