水稻单细胞研究总览，快来围观 | 单细胞专题

单细胞转录组技术在生物医学领域应用高速发展，但在植物研究中由于植物细胞壁等因素的限制，研究进展较缓慢。水稻作为模式物种，在植物单细胞中相对研究热度较高。目前在根、茎、叶、花序中都有相关研究，我们总结了水稻不同部位的单细胞转录组研究，从不同组织部位角度带大家了解下水稻的单细胞研究情况。

1.基于scRNA-seq和ATAC-seq揭示水稻根部的分化轨迹

文章标题：Single-cell transcriptome atlas and chromatin accessibility landscape reveal differentiation trajectories in the rice root

发表时间：2021.04

发表期刊：Nature communication

影响因子：14.919

研究部位：根尖

根的发育依赖于分生组织的建立，这些组织产生不同的细胞类型，这些细胞类型特定的时间和空间梯度上也有所不同。剖析发育轨迹和构成它们的转录网络有助于理解双子叶植物和单子叶植物根尖分生组织的功能。这篇文章中，作者通过scRNA-seq构建了水稻根系的细胞图谱（2个生物学重复），重建了表皮细胞和基本组织的连续发育轨迹，并阐明了这些细胞谱系中细胞命运决定的调控网络。通过scRNA-seq和ATAC-seq关联分析，作者进一步阐明了细胞分化的转录因子调控机制，并揭示了双子叶植物和单子叶植物之间保守和不同的根发育途径。最后，通过使用时空模型从细胞特异性基因组中鉴定水稻根分生组织突变体，证明了该平台在功能遗传研究中的潜力。

2.非生物胁迫下水稻茎细胞类型的动态变化

文章标题：Single-cell transcriptome analyses recapitulate the cellular and developmental responses to abiotic stresses in rice

发表时间：2020.01

发表期刊：bioRxiv

研究部位：茎

利用单细胞转录组分析水稻细胞及其发育对非生物胁迫的响应，可以帮助我们更好的了解在各种环境中生长的水稻幼苗的地上部分的细胞类型的变化，为推动植物生物学发现提供有利资源支撑。中科院遗传所将单细胞RNA测序应用于野生型水稻和高盐胁迫下的水稻幼苗（地上部分），捕获了数千个细胞的转录组，野生型和对组中鉴定出五种细胞类型，并重建了它们的发育轨迹。进一步分析发现，非生物胁迫不仅以细胞类型特异性的方式影响基因表达，而且还影响细胞的物理大小和细胞群的组成。该研究不仅促进了在单细胞水平上对植物细胞和发育生物学的理解，而且有助于将来培育出更好的农作物以适应环境胁迫。

3.单细胞测序预测水稻叶片的转录因子靶标

文章标题：Single-Cell RNA Sequencing Efficiently Predicts Transcription Factor Targets in Plants

发表时间：2020.12

发表期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：5.753

研究部位：叶片

发现转录因子（TF）靶标对于研究调控途径是非常必要的，但在植物中由于缺乏高效的预测技术而受到阻碍。本研究首次利用瞬时表达系统在水稻叶片原生质中创建了TF（OsNAC78）的差异表达系统，并对构建后的叶片原生质体进行了单细胞转录组测序。通过scRNA-seq，在对照和转染组的叶细胞中共鉴定到14个细胞簇，使用表达谱共捕获了35个与OsNAC78表达具有强相关性的候选靶标。同样，在OsNAC78表达水平最低和最高的细胞群之间鉴定了78个潜在的差异表达基因。基因重叠分析确定了19个基因作为最终候选靶标，同时结合验证实验，表明Os01g0934800和Os01g0949900是OsNAC78靶基因。此外，细胞谱显示OsNAC78和两个靶标之间的表达轨迹极为相似。

4.单细胞转录组测序揭示水稻花序分生组织的发育轨迹

文章标题：A rice single cell transcriptomic atlas defines the developmental trajectories of rice floret and inflorescence meristems

发表时间：2022.04

发表期刊：New Phytologist

影响因子：10.151

研究部位：花序

水稻花序发育决定产量，并依赖于腋生分生组织（AMs）的活动；然而，目前缺乏对其早期发展的高分辨率分析。该研究中，作者通过scRNA-seq对37571个水稻花序细胞进行了分析，并构建了一个覆盖早期生殖发育过程中花序到小花转变过程的基因组规模的基因表达资源。通过拟时序分析构建了小花和AMs的分化轨迹，鉴定了高度异质的幼嫩花序中离散的调节因子细胞类型和群体，并通过原位杂交和荧光标记进行验证。数据表明，一个WOX转录因子DWARF TILLER1调节花分生组织活性，并通过探究OsAUX1的表达和生物学作用，为生长素在水稻花序分枝中的作用提供了证据。本文对早期水稻花序发育的综合转录组图谱得到遗传学证据的支持，为AM分化和小花发育提供了单细胞水平的见解。

参考文献：

[1] Zhang TQ, Chen Y, Liu Y, Lin WH, Wang JW. Single-cell transcriptome atlas and chromatin accessibility landscape reveal differentiation trajectories in the rice root. Nat Commun. 2021 Apr 6;12(1):2053.[2] Y Wang, Huan Q , Chu X , et, al. Single-cell transcriptome analyses recapitulate the cellular and developmental responses to abiotic stresses in rice. bioRxiv. 2020.[3] Xie Y, Jiang S, Li L, Yu X, et, al. Single-Cell RNA Sequencing Efficiently Predicts Transcription Factor Targets in Plants. Front Plant Sci. 2020 Dec 8;11:603302.[4] Zong J, Wang L, Zhu L, et, al. A rice single cell transcriptomic atlas defines the developmental trajectories of rice floret and inflorescence meristems. New Phytol. 2022 Apr;234(2):494-512.

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