根系是作物生長存活最重要的基礎(chǔ)，根生則生，根亡則亡。在不同的環(huán)境中，根系究竟是怎樣發(fā)育且適應(yīng)環(huán)境，進而為作物生長提供保障？記者從中國農(nóng)科院獲悉，我國科學(xué)家近日成功繪制了世界上首個根組織單細(xì)胞分辨率轉(zhuǎn)錄組圖譜，研究由生物技術(shù)研究所作物耐性調(diào)控與改良創(chuàng)新團隊和其合作者共同完成，研究成果在線發(fā)表于《分子植物（Molecular Plant）》上。
在植物整個生命過程中，根尖在不斷地分化發(fā)育，形成的根系從土壤中吸收水分和礦質(zhì)元素，參與植物與生物或非生物信號的互作，并起到固定植株的作用。但是，植物根系的發(fā)育及與環(huán)境互作的分子機制還知之甚少。
為此，研究人員對兩個水稻栽培亞種粳稻Nip和秈稻93-11的10,968和12,564個根尖細(xì)胞進行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序和分析，鑒定出8個細(xì)胞型。對Nip和93-11每種細(xì)胞型差異表達(dá)基因進行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)基因與環(huán)境響應(yīng)有關(guān)，不同水稻亞種在受到外部環(huán)境刺激時響應(yīng)機制存在差異。
研究人員隨后對水稻單細(xì)胞數(shù)據(jù)進行擬時分析，繪制了根最外層細(xì)胞的發(fā)育軌跡，來自兩個栽培品種的單細(xì)胞軌跡顯示高度一致的擬時順序，表明不同亞種之間發(fā)育軌跡的保守性。進一步結(jié)合已發(fā)表的雙子葉模式植物擬南芥的根尖單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集進行了對比分析，這是首次在單細(xì)胞水平進行植物組織器官進化分析，發(fā)現(xiàn)擬南芥和水稻大部分細(xì)胞類型轉(zhuǎn)錄組之間差異較大，只有根毛細(xì)胞相關(guān)性較高，進而從單細(xì)胞水平上闡釋了單/雙子葉植物根系類型分化的遺傳基礎(chǔ)。
該工作得到國家重大專項、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程項目資助。
