近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次在單細(xì)胞水平解析了玉米根系細(xì)胞對(duì)熱脅迫的特異性響應(yīng)機(jī)制，揭示了熱脅迫下植物根系的細(xì)胞異質(zhì)性、根系類(lèi)型的差異和分化軌跡，鑒定了單雙子葉植物響應(yīng)熱脅迫的關(guān)鍵核心基因，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—通訊》（Nature Communications）。
大田玉米。中國(guó)農(nóng)科院生物所供圖
玉米作為全球主要的谷類(lèi)作物，近年來(lái)，全球變暖和極端天氣對(duì)玉米產(chǎn)量造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。根系對(duì)維管植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，并幫助植物適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境條件。理解根系中遺傳潛力的調(diào)控機(jī)制對(duì)玉米耐熱育種新策略至關(guān)重要。
植物對(duì)高溫等脅迫的響應(yīng)需要不同細(xì)胞的精確協(xié)調(diào)，而特定細(xì)胞類(lèi)型的差異基因表達(dá)有助于揭示玉米根系在應(yīng)對(duì)熱脅迫時(shí)的異質(zhì)性。該研究通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)繪制了一個(gè)超過(guò)35000個(gè)有效細(xì)胞的單細(xì)胞時(shí)空轉(zhuǎn)錄圖譜，鑒定了9種主要細(xì)胞類(lèi)型。
進(jìn)行擬時(shí)分析后，發(fā)現(xiàn)熱脅迫下玉米根系發(fā)育軌跡和基因表達(dá)模式的顯著差異。進(jìn)一步構(gòu)建了9種細(xì)胞類(lèi)型熱脅迫響應(yīng)下的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定了單雙子葉響應(yīng)熱脅迫的核心基因，發(fā)現(xiàn)了高溫逆境下玉米的熱損傷率和耐熱性與根皮層大小高度相關(guān)的關(guān)系。該研究為培育耐高溫作物提供了新的策略和靶點(diǎn)。
該研究得到農(nóng)業(yè)生物育種重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55485-3
