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狼尾草葉片響應(yīng)熱脅迫關(guān)鍵細(xì)胞類群獲揭示
作者：張晴丹         來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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當(dāng)前全球氣候變暖已成為當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重大挑戰(zhàn)之一，溫度升高及極端氣候事件的頻繁發(fā)生對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及糧食安全構(gòu)成了嚴(yán)峻威脅。美洲狼尾草作為我國(guó)西南地區(qū)重要牧草雜交狼尾草親本之一，以其較高的粗蛋白含量、葉莖比、生物產(chǎn)量以及易消化性，成為我國(guó)主要的放牧及青貯飼料之一。
葉片作為植物能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境感知的核心器官，是調(diào)控耐熱性、保障生存與持續(xù)生長(zhǎng)的關(guān)鍵樞紐。細(xì)胞作為構(gòu)成葉片的基本單位，不同細(xì)胞類型在形態(tài)、功能和基因表達(dá)上存在顯著的異質(zhì)性。尤其在應(yīng)對(duì)高溫脅迫時(shí)，葉片各個(gè)細(xì)胞類型可能通過(guò)獨(dú)立或協(xié)同的方式參與耐熱響應(yīng)。
四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教授黃琳凱帶領(lǐng)的牧草基因資源挖掘及分子育種團(tuán)隊(duì)揭示了狼尾草葉片響應(yīng)熱脅迫的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜和關(guān)鍵細(xì)胞類群。近日，相關(guān)研究發(fā)表在New Phytologist上。
該研究在前期構(gòu)建的美洲狼尾草圖形泛基因組以及多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)Milletdb的工作基礎(chǔ)上，對(duì)美洲狼尾草葉片單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，系統(tǒng)解析了美洲狼尾草葉片在熱脅迫下的細(xì)胞類型特異性轉(zhuǎn)錄響應(yīng)，構(gòu)建了首個(gè)美洲狼尾草葉片單細(xì)胞圖譜，鑒定出5種主要細(xì)胞類型，并發(fā)現(xiàn)維管組織細(xì)胞為響應(yīng)熱脅迫的核心細(xì)胞類型。
其中，熱脅迫顯著激活了維管組織細(xì)胞中與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、氮素及蛋白質(zhì)運(yùn)輸相關(guān)的通路，增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)高溫脅迫的能力。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出531個(gè)熱脅迫記憶基因，這些基因在維管組織細(xì)胞中高表達(dá)，且與H3K4me3等表觀遺傳修飾密切關(guān)聯(lián)。采用單細(xì)胞WGCNA分析，通過(guò)超表達(dá)和突變體水稻株系對(duì)候選基因UGT73C3功能分析，發(fā)現(xiàn)其可能調(diào)節(jié)ROS 來(lái)增強(qiáng)植物的耐熱性，并可能參與調(diào)控維管組織細(xì)胞分化。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70232
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