植物的根系負責吸收土壤中的水分及養分，並且具有運輸、支持及貯存植株合成的有機物質的重要作用。近年來，單細胞技術的應用解析了模式植物擬南芥和作物水稻等根系的單細胞水平的基因表達圖譜，發現不同單雙子葉植物根表達圖譜的差異性(Zhang et al., 2019; Liu et al., 2021)，說明物種間根系的發育及功能的不同，也表面單獨研究不同種屬植物根系的必要性。豆科為種子植物的第三大科，廣泛分布於全球，具有重要的經濟價值。豆科植物的根系還可以通過和根瘤菌互作起到固氮的作用。然而，豆科植物根的細胞類型及其功能還很不清楚。
JIPB近日在線發表了中國農業科學院生物技術研究所聯合華大基因、華西師範大學等單位合作研究的題為 「Single-cell RNA-seq of Lotus japonicus provide insights into identification and function of root cell types of legume」（https://doi.org/10.1111/jipb.13435）的研究論文。該研究繪製了首個豆科植物百脈根的根尖單細胞表達圖譜，利用原位雜交鑑定出了根尖的主要細胞類型，並分析了各個細胞類型的潛在功能。
百脈根單細胞圖譜細胞類型的注釋
研究首先利用二代測序、三代HiFi測序、10x Genomics、Hi-C和全長轉錄組技術對百脈根基因組進行了組裝和注釋的提升。在此基礎上，利用10x Genomicx平台對根尖解離出的22,688個原生質體進行了轉錄組測序，得到了高質量的測序結果（基因中位數3,183/細胞）。利用生物信息分析和原位雜交技術，通過新發現的細胞類型特異表達基因鑑定出了根尖的主要細胞類型，並分析了不同細胞類型的功能，包括九種激素和固氮相關基因在不同細胞類型的表達規律。另外，與擬南芥根尖單細胞轉錄組的比較分析進一步表面了不同細胞類型的功能以及保守性及差異性。此研究繪製了首個豆科植物根單細胞表達圖譜，發現了新的細胞類型特異基因，對研究豆科植物根系發育，生物固氮以及生物育種都具有重要意義。
中國農業科學院生物技術研究所吳燕民研究員和梁哲研究員為論文通訊作者，生物所孫占敏博士、華大基因姜三傑博士和華西師範大學王丹博士為論文第一作者。該工作得到了國家科技基礎資源調查專項、國家自然科學基金、重慶自然科學基金、中國農業科學院創新工程項目資助。
參考文獻：
Liu, Q., Liang, Z., Feng, D., Jiang, S.J., Wang, Y.F., Du, Z.Y,, Li, R.X,, Hu, G.H., Zhang, P.X., Ma, Y.F., et al. (2021). Transcriptional landscape of rice roots at the single-cell resolution. Molecular Plant 14: 384-394.
Sun, Z.M., Jiang, S.J., Wang, D., L,i L.X., Liu, B.X., Ran, Q.F., Hu, L.Z., Xiong, J.B., Tang, Y.X., Gu, X.F., Wu, Y.M,, Liang, Z. (2022). Single-cell RNA-seq of Lotus japonicus provide insights into identification and function of root cell types of legume. J Integr Plant Biol. doi: 10.1111/jipb.13435
Zhang, T.Q., Xu, Z.G., Shang, G,D., Wang, J.W. (2019). A Single-Cell RNA Sequencing Profiles the Developmental Landscape of Arabidopsis Root. Molecular Plant 12: 648-660.
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