花生光暗幼苗的單細胞轉錄組圖譜構建成功

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近日，廣東省農業科學院作物研究所花生研究團隊與合作者，在花生光暗形態轉變的單細胞基因表達譜研究方面取得進展，成功構建的花生光暗幼苗的單細胞轉錄組圖譜。相關成果發表于《植物生物技術雜志》。

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花生暗形態與光形態的葉片單細胞基因表達圖譜。受訪者供圖

花生屬于雙子葉全出土作物，其光暗形態建成直接影響頂端彎鉤形成和下胚軸穩健生長，從而影響花生成苗壯苗。因此，破譯花生幼苗在光照與黑暗環境下的單細胞轉錄組圖譜，能夠為解析花生組織器官與光暗誘導的形態發育變化提供科學線索。

該研究利用酶解法獲得了黑暗與光照條件下花生幼苗（一周齡）葉片的原生質體細胞，結合10×Genomics微流控平臺捕獲了13409（黑暗黃化苗）和11296（光照綠苗）個單細胞進行scRNA-seq測序，并構建了黃化苗與綠苗的單細胞基因表達圖譜。研究人員利用細胞類型Marker基因將全部的細胞表征到10個細胞簇，并在單細胞層面鑒定到黃化與光照綠苗中存在6104個差異表達基因。隨后的擬時軌跡和細胞周期分析結果表明，光照條件促進葉片細胞分化，而暗生長環境導致葉片細胞周期紊亂，絕大多數的細胞會處于S期。

該研究還基于細胞層面對葉肉細胞群中的葉綠色合成通路進行解析，并鑒定到葉綠素合成關鍵酶PORA在葉肉細胞中高度富集并抑制葉綠素合成。而表皮細胞再分群與內源激素檢測結果表明光照可通過抑制生長素、乙烯、細胞分裂素等合成途徑阻礙表皮細胞發育，其中鑒定到21個轉錄因子參與植物激素通路進而調控表皮細胞發育。最后重點解析了花生AT-hook轉錄因子AHL17的功能。

該研究構建的花生光暗幼苗的單細胞轉錄組圖譜，為在單細胞水平上闡述光暗誘導葉細胞發育的分子機制提供了新的生物學觀點。