国自然2023研究热点--带您探究植物单细胞测序的魅力|单细胞专题之国基金
自09年单细胞测序面世以来，以迅猛的势头快速发展，越来越多的受到科研人员的关注，发表的文章也逐年增多，其中不乏CNS级别的文章（案例解析：珍藏版:万字长文教你设计CNS殿堂级单细胞文章框架）。随着研究的深入，单细胞测序技术更多地被应用在肿瘤免疫微环境、神经学等领域，也正在以其高分辨的优势逐渐揭开了众多未知的与医学，生物学相关的谜团。但是单细胞测序技术的研究只能被局限在医学及生物学上吗？答案显然是否定的。随着单细胞测序的不断发展，其在植物学中的应用也越来越多了（首篇植物单细胞图谱文章解析 | Plant Physiology：植物根尖单细胞图谱）。我们来看看2010至2022年国自然批准的生命科学部在植物上的单细胞研究项目情况（见上表），数据来自ZCOOL国家自然科学基金查询，搜索关键词“单细胞”
表一：2010至2019年国自然批准的植物单细胞研究项目
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植物单细胞测序在单个细胞层面上对转录组和表观组等进行高通量测序。弥补了传统高通量测序的局限性，揭示植物样本中单个细胞的基因表达状态，充分揭示了植物细胞的异质性问题（文献解读：万字综述绘制植物单细胞测序的蓝图！ | 单细胞专题）。
植物学涉及到多个方向的交融，包括生长发育、农药、胁迫等，针对其研究手段也越来愈多。但基于传统的技术手段来探究很难有突破性的进展，随着传统转录组测序技术的不断发展，逐渐突破了其研究壁垒，可在单个细胞层面（单细胞测序）上探究复杂组织内的调节作用。目前，单细胞测序技术在植物方面的应用也越来越广泛，也爆发出惊人的潜力（文献解读：植物单细胞应用篇-带你了解植物单细胞发了哪些文章|单细胞专题）。从近几年国自然项目申请上来看，研究重点主要聚焦在植物不同组织样本细胞图谱构建及相关机制探讨方向，资助的金额也逐年提升，未来必定会有更多植物单细胞测序项目。以下总结了几篇植物单细胞测序的文献解读。
【案例解析】细胞图谱
Single-cell RNA-seq analysis reveals ploidy-dependent and cell-specific transcriptome changes in Arabidopsis female gametophytes
研究单位：The University of Texas at Austin
影响因子：17.906
研究手段：单细胞转录组测序
发表期刊：Genome Biology
多倍体提供了新的遗传材料，促进了新的进化、物种适应和作物驯化。多倍体通常会导致细胞或生物体大小的增加，这可能会影响转录本丰度或转录组大小，但多倍体与转录组变化之间的关系仍知之甚少。植物细胞经常发生核内复制，混淆了多倍体效应。为了减轻这些影响，作者选择发育稳定且没有核内复制的雌性配子细胞。在拟南芥四倍体系和同基因二倍体中使用单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq)，研究结果表明转录组丰度在卵细胞中翻了一倍，在中央细胞中增加了大约 1.6 倍，与细胞大小变化一致。在四倍体植物的中心细胞中，DEMETER（DME）上调，可以激活PRC2家族成员FIS2和MEA，并可能抑制其他基因的表达。四倍体细胞大小调节因子（包括 TOR 和 OSR2）的上调可能会增加生殖细胞的大小。在二倍体中，转录组丰度的顺序是中心细胞、协同细胞和卵细胞，与它们的细胞大小变化一致。值得注意的是，作者发现了具有预测生物学作用的新的雌配子体细胞特异性转录本；最丰富的转录本编码富含半胱氨酸的肽家族，这意味着在双重受精过程中的细胞-细胞识别中的作用。与二倍体植物相比，单细胞转录组在四倍体植物中翻倍，而变化程度和与细胞大小的关系取决于细胞类型。
【案例解析】机制探究
Leaf cell-specific and single-cell transcriptional profiling reveals a role for the palisade layer in UV light protection
研究单位：Salk Institute for Biological Studies
影响因子：12.085
研究手段：单细胞转录组测序
发表期刊：The Plant Cell
与其他复杂的多细胞生物一样，植物由具有特殊形状和功能的不同细胞类型组成。例如，大多数层状叶子由多种光合细胞类型组成。这些细胞类型包括栅栏叶肉，它通常在叶子的正面形成一个或多个细胞层。尽管它们对光合作用很重要，但我们对栅栏细胞在分子水平上与其他光合细胞类型有何不同知之甚少。为此，作者将荧光激活细胞分选和单细胞 RNA 测序方法结合在一起来生成拟南芥叶片中栅栏叶肉的转录蓝图。作者发现，尽管它们的形态独特，栅栏细胞在其他方面与其他光合细胞类型在转录上相似。然而，实验结果表明苯丙烷类生物合成途径中的一些基因具有栅栏丰富的表达和光调节作用。栅栏中的苯丙烷基因活性是产生紫外线 (UV)-B 保护剂 sinapoylmalate 所必需的，它可以保护栅栏和/或其他叶细胞免受破坏性紫外线的伤害。这些发现提高了我们对叶片中不同光合细胞类型如何独特地发挥作用以优化叶片性能的理解。
【案例解析】拟南芥根系抽核单细胞研究优势
Single-nucleus RNA and ATAC sequencing reveals the impact of chromatin accessibility on gene expression in Arabidopsis roots at the single-cell level
研究单位：美国国家基因资源中心，内布拉斯加大学林肯分校等
影响因子：21.949
研究手段：单细胞核转录组测序和单细胞核ATAC测序
发表期刊：Molecular Plant
本文中报道了拟南芥根组织中sNucRNA-seq和sNucATAC-seq。通过与已发表的原生质体转录组比较，验证了本文单细胞核转录组测序中利用细胞核进行植物细胞类型特异性转录组建立的可靠性。此外，sNucRNA-seq的结果揭示了之前单细胞RNA-seq并未鉴定到的新的细胞类型。与sNucRNA-seq的结果类似，sNucATAC-seq的结果将拟南芥的细胞核分布到不同的簇中，这表明染色质在不同的细胞群之间根据其细胞类型的不同，染色质可及性也是明显不同。为了揭示染色质可及性对基因转录的影响，作者整合了sNucRNA-seq和sNucATAC-seq数据，发现细胞类型特异性标记基因显示出细胞类型特异性的染色质可及性模式。本文的数据表明，差异染色质可及性是细胞类型水平上调节基因活性的关键机制。
【用户文章】单细胞转录组图谱揭示茶叶中酯型儿茶素发育轨迹和新代谢途径
Single-cell transcriptome atlas reveals developmental trajectories and a novel metabolic pathway of catechin esters in tea leaves
研究单位：安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验
影响因子：13.263
研究手段：单细胞转录组测序，联川星云
发表期刊：Plant Biotechnology Journal
本研究采用多种方法对细胞标记基因进行了验证，并绘制了茶树叶片发育轨迹，为木本植物叶片细胞图谱绘制提供了重要的参考信息。通过筛选特定细胞类型，构建特异表达矩阵，发现了一种新的酯型儿茶素糖基转移酶，提供了茶树酯型儿茶素糖苷化证据。
往期精彩公告
植物不同组织中细胞的协同作用维持着植物体正常的生理功能，传统转录组测序技术的进步促使我们能在单个细胞层面上挖掘新的有价值的信息，为生长发育、生物/非生物胁迫等机制探讨项目的开展提供有力支持。而单细胞测序的魅力就在于此，通过对单个细胞层面上的转录本信息的解读来探究复杂组织的调控能力。
基于此，作为国内最早开展单细胞测序的服务商，联川生物前期通过大量文献调研及项目经验的积累，特推出植物单细胞测序技术手册：
首先该技术手册系统总结了目前已开展植物单细胞测序的方法及相关原理；针对目前最常见的原生质体制备和抽核两种样本前处理方式的优劣性进行了总结；
其次基于大量的样本处理及数据分析经验，我们针对前期如何准备样本以及拿到单细胞测序的结果如何挖掘到自己想要的信息做了系统性的概括；
当然在该技术手册中我们进行了包含7大方向的植物单细胞文献归类和解读，结合发文量总结了我们推荐的植物单细胞常见发表期刊；
最后针对植物单细胞测序未来的发展方向及国自然申请要点进行了解析。
以上统统涵盖在该技术手册中，详细信息可点击超链接进行查看（好消息！植物单细胞测序技术手册强势来袭）。
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