林木遗传育种国家重点实验室林木分子与代谢课题组构建了杨树木质部单细胞图谱

杨树是我国北方主要用材和纸浆材之一，在林木经济中占有重要的地位。而木材的多种特性，如生物量、物理性质和化学组成均会影响其利用效率。因而，从细胞水平了解木材中各类细胞的形成和分化过程对于木材材性改良有着重要意义。单细胞转录组测序（Single-cell RNA sequencing）是近年兴起的一项新技术，通过油滴包裹细胞的技术对组织中不同的细胞类型进行基因表达检测。目前该技术已广泛应用于人类癌细胞、线虫及病毒的研究中。在植物中，相关研究人员已绘制了拟南芥的茎尖、根、雌配子体、叶子的韧皮和气孔细胞等材料的单细胞图谱，但在林木中还无相关报道。
林木分子与代谢课题组通过单细胞转录组测定技术，在杨树木质部中鉴定到12类细胞，并最终将12类细胞划分为导管、纤维、射线薄壁细胞及木质部发育前体细胞等主要细胞类型，并构建了导管、纤维和射线细胞的分化轨迹。研究发现，不同基因在同类细胞的不同分化阶段起到关键作用。例如在木质部发育早期，PagHB15可促进木质部发育前体细胞向纤维、导管及射线等主要类型细胞的分化；PagSND1联合PagMYB46/83可能在纤维早期（FcI）发挥重要作用；PagEXP6在导管形成初期（VeI）起主要作用，而PagXCP1和PagLAC17则在导管形成的后期（VeII）起关键作用。根据RNA原位杂交及拟时分析，该研究发现射线细胞和纤维细胞可能经历相似的分化过程。同时该研究针对12类细胞筛选出66个标记基因，为将来从细胞水平研究林木木质部发育过程提供初步参考。
研究结果在线发表于国产期刊Joural of Integrative Plant Biology (JIPB)。已毕业博士生李慧和助理研究员代新仁博士为该论文的共同第一作者，李全梓研究员为通讯作者。该研究得到了中国林科院基础研究专项以及国家自然科学基金的资助。（重点实验室）
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13159
图片说明:
导管、纤维及射线细胞拟时分析
（A）导管细胞群拟时分析；（B）纤维及射线细胞群拟时分析；（C）三类细胞群分化示意图。cluster1为木质部发育前体细胞（Xpc），由cluster 1分别向cluster 10（VeI）和7（VeII）方向分化成导管细胞，向cluster8（FRpc）、cluster 6（VeI）和cluster 2（VeII）分化为纤维细胞，向cluster 8（FRpc）、cluster 11（RcI）、cluster 3（RcII）和cluster 5（RcIII）方向分化为射线细胞。0，4和9分别为未知细胞类型UcI、UcII和UcIII。
林木遗传育种国家重点实验室 2021-08-11

关键词 杨树  木质部  单细胞图谱  材性改良  单细胞转录组测序  图片