单细胞转录组揭秘玉米根系对热胁迫的响应机制

近日，中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队首次在单细胞水平解析了玉米根系细胞对热胁迫的特异性响应机制，揭示了热胁迫下植物根系的细胞异质性、根系类型的差异和分化轨迹，鉴定了单双子叶植物响应热胁迫的关键核心基因，相关研究成果发表于《自然—通讯》（Nature Communications）。

大田玉米。中国农科院生物所供图

玉米作为全球主要的谷类作物，近年来，全球变暖和极端天气对玉米产量造成严峻挑战。根系对维管植物的生长发育至关重要，并帮助植物适应复杂的环境条件。理解根系中遗传潜力的调控机制对玉米耐热育种新策略至关重要。

植物对高温等胁迫的响应需要不同细胞的精确协调，而特定细胞类型的差异基因表达有助于揭示玉米根系在应对热胁迫时的异质性。该研究通过单细胞转录组测序技术绘制了一个超过35000个有效细胞的单细胞时空转录图谱，鉴定了9种主要细胞类型。

进行拟时分析后，发现热胁迫下玉米根系发育轨迹和基因表达模式的显著差异。进一步构建了9种细胞类型热胁迫响应下的调控网络，鉴定了单双子叶响应热胁迫的核心基因，发现了高温逆境下玉米的热损伤率和耐热性与根皮层大小高度相关的关系。该研究为培育耐高温作物提供了新的策略和靶点。

该研究得到农业生物育种重大专项、国家自然科学基金及中国农业科学院创新工程等项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55485-3