植物由各種類型細(xì)胞組成，作為一個整體發(fā)揮作用。不同植物細(xì)胞攜帶著幾乎相同的遺傳信息，其功能上的分化是由轉(zhuǎn)錄活動的程序化調(diào)節(jié)產(chǎn)生的，了解單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性將為植物生理和發(fā)育研究提供重要支撐。煙草作為一種重要的模式植物，在植物科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用。近日，國家煙草基因研究中心成功繪制了煙草幼苗期單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜，相關(guān)研究論文“Single-nucleus RNA sequencing of Nicotiana tabacum seedlings reveals heterogeneity among cell types”在國際權(quán)威期刊《Industrial Crops & Products》（中科院1區(qū)，影響因子5.9）在線發(fā)表。

針對植物單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析細(xì)胞標(biāo)記基因缺乏的問題，項目團(tuán)隊前期開發(fā)了植物細(xì)胞標(biāo)記基因數(shù)據(jù)庫PCMDB（Nucleic Acids Research，2022）。在此基礎(chǔ)上，該研究針對萌發(fā)后21天的煙草幼苗開展了單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序，繪制了基因表達(dá)圖譜。研究獲得了13028個煙草細(xì)胞的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，降維聚類后獲得29個細(xì)胞簇。利用PCMDB收集的植物細(xì)胞標(biāo)記基因，鑒定出18個主要細(xì)胞類型，并針對部分細(xì)胞類型通過原位雜交進(jìn)行了驗證。

煙草幼苗期單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜

煙草幼苗期主要細(xì)胞類型分化軌跡和細(xì)胞通訊

研究表明，煙草幼苗期不同細(xì)胞的基因表達(dá)存在高度異質(zhì)性，各細(xì)胞類型呈現(xiàn)動態(tài)發(fā)育，由一群未分化的分生組織細(xì)胞逐漸分化形成。通過對主要細(xì)胞類型進(jìn)行擬時序分析，得到起始于靜止中心（Quiescent Center，QC）細(xì)胞的連續(xù)擬時序軌跡。細(xì)胞通訊分析表明，煙草幼苗地下部大多數(shù)細(xì)胞類型和QC細(xì)胞通訊最為緊密。開展了與水稻幼苗單細(xì)胞圖譜的比較分析，鑒定到大量物種細(xì)胞類型特異的基因表達(dá)模式。

該項研究是在北京生命科技研究院科技項目的資助和推動下完成的。國家煙草基因研究中心金靜靜博士為論文第一作者，曹培健博士為論文通訊作者。