當前全球氣候變暖已成為當前生態系統和農業生產面臨的重大挑戰之一，溫度升高及極端氣候事件的頻繁發生對作物生長發育、農業生產力及糧食安全構成了嚴峻威脅。美洲狼尾草作為我國西南地區重要牧草雜交狼尾草親本之一，以其較高的粗蛋白含量、葉莖比、生物產量以及易消化性，成為我國主要的放牧及青貯飼料之一。
葉片作為植物能量轉換和環境感知的核心器官，是調控耐熱性、保障生存與持續生長的關鍵樞紐。細胞作為構成葉片的基本單位，不同細胞類型在形態、功能和基因表達上存在顯著的異質性。尤其在應對高溫脅迫時，葉片各個細胞類型可能通過獨立或協同的方式參與耐熱響應。
四川農業大學教授黃琳凱帶領的牧草基因資源挖掘及分子育種團隊揭示了狼尾草葉片響應熱脅迫的單細胞轉錄組圖譜和關鍵細胞類群。近日，相關研究發表在New Phytologist上。
該研究在前期構建的美洲狼尾草圖形泛基因組以及多組學數據庫Milletdb的工作基礎上，對美洲狼尾草葉片單細胞轉錄組分析，系統解析了美洲狼尾草葉片在熱脅迫下的細胞類型特異性轉錄響應，構建了首個美洲狼尾草葉片單細胞圖譜，鑒定出5種主要細胞類型，并發現維管組織細胞為響應熱脅迫的核心細胞類型。
其中，熱脅迫顯著激活了維管組織細胞中與信號轉導、氮素及蛋白質運輸相關的通路，增強其應對高溫脅迫的能力。同時，研究團隊鑒定出531個熱脅迫記憶基因，這些基因在維管組織細胞中高表達，且與H3K4me3等表觀遺傳修飾密切關聯。采用單細胞WGCNA分析，通過超表達和突變體水稻株系對候選基因UGT73C3功能分析，發現其可能調節ROS 來增強植物的耐熱性，并可能參與調控維管組織細胞分化。
美洲狼尾草葉片熱脅迫單細胞圖譜構建及關鍵耐熱基因功能分析。課題組供圖
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70232
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