近日，中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟课题组阎哲 翟继先
北京时间2023年4月13日晚23时，相关成果以“Integrated single-nucleus and spatial transcriptomics captures transitional states in soybean nodule maturation”为题发表在Nature Plants
豆科植物可以与固氮根瘤菌共生形成根瘤，从而固定大气中的氮气供宿主植物利用。根瘤中根瘤菌聚集在侵染区（Infection Zone，IZ）,同时根瘤组织中的细胞特异分化，为维持根瘤菌的固氮和生存提供适应的环境和充足的营养，因此较其他植物组织，根瘤组织的细胞类型更为复杂，而如何获得根瘤不同细胞类型的基因结构和基因表达状态也极具挑战。为了解答这一问题，两个题组合作结合之前研究团队开发的FlsnRNA-seq和空间转录组测序技术，成功揭示了这一复杂组织单个细胞的基因结构和基因表达状态，构建了大豆根瘤的单细胞转录图谱，并鉴定到了一系列调控根瘤发育的关键基因（图1）。 利用单细胞和空间转录组技术，研究不仅成功鉴定出了侵染区（IZ）中根瘤菌侵染细胞（IC）和非侵染细胞（UC）的中基因的表达状态，同时结合拟时序分析，成功探索了大豆根瘤非侵染细胞UC的分化过程和细胞状态转换轨迹，揭示了大豆UC细胞中不同细胞亚型在发育和功能上，尤其在固氮产物的吸收利用过程中的不同角色（图 2）。 同时研究在根瘤菌侵染细胞（IC）中成功鉴定出了一组在根瘤成熟过程中的过度细胞亚型。该亚型中富集参与根瘤菌侵染的结瘤基因。利用分子生物学手段，研究验证了该细胞亚型基因在根瘤成熟以及根瘤固氮中的重要功能（图 3）。 该研究建立的大豆根瘤单细胞基因图谱已整合在数据资源网站( https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/single_cell_soybean ) 中，将为后续共生固氮领域的相关研究提供重要的数据支撑（图4）。 南方科技大学的 刘智剑博士 、中科院东北地理与农业生态研究所的 孔祥莹博士 以及翟继先课题组研究助理教授 龙艳萍博士 为该论文共同第一作者。 阎哲研究员 与 翟继先研究员 为该论文的通讯作者。中科院遗传发育所青年研究员宋显伟也合作参与了该研究工作。 该研究得到了中科院重点部署项目、中科院战略性先导科技专项、中国农业科学院科技创新工程项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、广东省创新创业团队、深圳市科创委等项目的资助。 https://doi.org/10.1038/s41477-023-01387-z
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