【Nature Plants】又一篇单细胞！拟南芥根的韧皮部极单细胞图谱公布

2022年8月4日，Nature Plants在线发表了英国剑桥大学Yka Helariutta和Hugo Tavares团队及其合作者题为“A root phloem pole cell atlas reveals common transcriptional states in protophloem-adjacent cells”的研究论文。单细胞测序为相应组织的研究提供了重要基础，但由于缺乏特定的细胞标记，一些特定的细胞类型往往无法分辨，如根中的韧皮部极（phloem pole）。该研究建立了高质量的拟南芥根的韧皮部极单细胞图谱，它含有10,204个细胞，分为15个组，可用于各细胞类型的发育轨迹和共表达分析；为早期韧皮部的研究提供了助力。

https://doi.org/10.1038/s41477-022-01178-y

在拟南芥的初生根中，韧皮部极由四种不同细胞类型的六个细胞组成：中央为原韧皮部筛管元件PSE（protophloem sieve element），其两侧分别为两个外侧的韧皮部极中柱鞘细胞PPP（phloem pole pericycle）和一个位于内侧的后生韧皮部筛管元件MSE（metaphloem sieve element），以及两个与PSE和MSE直接接触的伴细胞 CC（companion cell）（Figure 1a）。在拟南芥中，PSE和MSE来源于相同的干细胞；但只有当PSE失去功能后，才会诱导MSE的分化形成。尽管功能相同，有研究显示MSE的分化独立于相邻的或之前的PSE，表明MSE具有特殊性。

尽管转录组学在研究植物器官发生方面发挥着重要的作用；但是，韧皮部的基因标记只有成熟的CC和PPP细胞，而韧皮部的早期细胞类型则缺乏特异性标记，极大地阻碍了对早期韧皮部的研究。

为了填补韧皮部早期特异性标记的空白，该研究通过流式细胞荧光分选技术（FACS）对早期SE、CC和PPP基因的荧光标记进行分选，并进行单细胞测序；由此生成了一个含10,204个细胞的韧皮部极细胞高质量图谱（每个细胞至少有2000以上的基因表达，且线粒体来源的不超过10%）。利用Louvain算法的共享最邻近细胞，以及统一流形逼近和投影（UMAP）进行可视化，这些细胞被分成了15个不同的组。分析表明，PSE对应着细胞组12、2和6；CC为细胞组5和3；PPP为细胞组7、4、14和11；MSE为细胞组10和1（Figure 1b）。

通过对韧皮部极中各细胞类型发育轨迹的分析，该研究指出，细胞组8、9和10分别为早期的CC、PPP和SE细胞；它们虽然还没有开始分化，却已经具备了相应细胞类型的身份特征（Figure 2）。利用“bigScale2”算法，研究人员将韧皮部极的单细胞测序数据构建成了一个基因共表达网络，并发现这些相邻的细胞具有共同的基因转录模式。

由于缺乏特异性基因标记，早期MSE细胞类型的鉴定困难重重。利用排除法，来排除含其他细胞类型的特异性标记，该研究发现早期MSE在细胞组10和1中。对细胞组1的进一步分析发现，一组DOF转录因子PAPLs（PINEAPPLE）可在早期韧皮部的PPP、CC和MSE中表达。与microarray数据的预测一致，PAPL基因位于PEAR（PHLOEM EARLY DOF）的下游；并表明在幼苗向自养型过渡的过程中，PAPL可保证根系营养的适当供给（Figure 3）。

综上所述，该研究利用FACS和单细胞测序建立了拟南芥根的韧皮部极单细胞图谱，它共含有分为15个组的10,204个细胞，可用于韧皮部极各细胞类型的发育轨迹和共表达分析；为早期韧皮部的研究提供了助力。同时，该研究发现了一组韧皮部早期基因PAPLs，它们的表达受到PEAR的调控，并参与了幼苗向自养型过渡过程中根系营养的供给。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-022-01178-y

来源：MP植物科学

转自：iPlants

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