近日，广东省农业科学院作物研究所花生研究团队与合作者，在花生光暗形态转变的单细胞基因表达谱研究方面取得进展，成功构建的花生光暗幼苗的单细胞转录组图谱。相关成果发表于《植物生物技术杂志》。
花生暗形态与光形态的叶片单细胞基因表达图谱。受访者供图
花生属于双子叶全出土作物，其光暗形态建成直接影响顶端弯钩形成和下胚轴稳健生长，从而影响花生成苗壮苗。因此，破译花生幼苗在光照与黑暗环境下的单细胞转录组图谱，能够为解析花生组织器官与光暗诱导的形态发育变化提供科学线索。
该研究利用酶解法获得了黑暗与光照条件下花生幼苗（一周龄）叶片的原生质体细胞，结合10×Genomics微流控平台捕获了13409（黑暗黄化苗）和11296（光照绿苗）个单细胞进行scRNA-seq测序，并构建了黄化苗与绿苗的单细胞基因表达图谱。研究人员利用细胞类型Marker基因将全部的细胞表征到10个细胞簇，并在单细胞层面鉴定到黄化与光照绿苗中存在6104个差异表达基因。随后的拟时轨迹和细胞周期分析结果表明，光照条件促进叶片细胞分化，而暗生长环境导致叶片细胞周期紊乱，绝大多数的细胞会处于S期。
该研究还基于细胞层面对叶肉细胞群中的叶绿色合成通路进行解析，并鉴定到叶绿素合成关键酶PORA在叶肉细胞中高度富集并抑制叶绿素合成。而表皮细胞再分群与内源激素检测结果表明光照可通过抑制生长素、乙烯、细胞分裂素等合成途径阻碍表皮细胞发育，其中鉴定到21个转录因子参与植物激素通路进而调控表皮细胞发育。最后重点解析了花生AT-hook转录因子AHL17的功能。
该研究构建的花生光暗幼苗的单细胞转录组图谱，为在单细胞水平上阐述光暗诱导叶细胞发育的分子机制提供了新的生物学观点。