园艺学院王惠聪课题组构建植物单细胞研究实验体系从单细胞水平上揭示荔枝芽成花转变的分子调控网络

　　近日，我校园艺学院、岭南现代农业科学与技术广东省实验室、农业农村部华南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室王惠聪课题组连续在国际知名杂志Journal of Experimental Botany（生物学一区，五年影响因子8.331）和Cells（生物学二区，五年影响因子7.667）发表植物单细胞测序研究论文。建立了十种重要植物高效高质的单细胞核分离体系，分离的细胞核可运用于单细胞组学研究；首次完成荔枝单细胞图谱构建，从单细胞水平解析了荔枝芽成花转变的分子调控网络。

　　题为“Systematic Methods for Isolating High Purity Nuclei from Ten Important Plants for Omics Interrogation”（论文链接：https://doi.org/10.3390/cells11233919）的论文，针对植物因为存在细胞壁和大量次生代谢产物，高质量原生质体难以获得，单细胞研究滞后于动物的问题，聚焦全球重要的十种经济作物，包括水稻、玉米番茄、大豆、苹果、葡萄、香蕉、柑橘和荔枝，开发了高效、高品质的植物核分离系统，成功克服了植物单细胞测序样本单细胞核分离困难、纯度低、得率少的难题，首次建立植物细胞核流式细胞仪绝对计数技术，同时实现细胞核的准确计数和回收分析。该论文是首例针对主要农作物高纯度细胞核详细的提取富集方法的报道，所分离纯化的细胞核的数量和纯度能满足细胞分裂周期和单细胞核测序研究的需要，研究结果将促进植物特别是木本植物单细胞水平的研究。

　　题为“SnRNA-seq and mRNA hybridization indicate key bud events and LcFT1 and LcTFL1-2 mRNA transportability during floral transition in litchi”（论文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erad103）的论文，针对植物芽成花调控网络复杂，普通的bulk RNA-seq面临取样困难的技术壁垒，迫切需要具有更高分辨率、更好的细胞类型分离技术来解析植物成芽花转变分子机制的问题，以荔枝成花过程中关键发育时期的三种不同状态的芽为研究对象，首次建立荔枝芽样本的单细胞核测序体系，完成了首例荔枝单细胞图谱构建，确定了芽成花决定的关键细胞群（只占芽样品的5%），成功规避了细胞异质性对研究的干扰。同时以核测序未检测到关键成花基因FT和TFL1表达，而qRT-PCR可明显检测到它们表达为切入点，利用原位杂交、RNA点杂交等技术，证明荔枝成花关键的基因LcFT1和LcTFL1-2可以以mRNA的形式从叶片转运至芽。在模式植物的基础上，绘制了荔枝芽成花转变的分子调控网络模型，为进一步的研究提供了关键的分子靶标。

　　两篇论文均以华南农业大学为第一完成单位，园艺学院王惠聪教授为通讯作者，博士生杨明超为论文的第一作者，吴子辰博士参与论文设计、分析和讨论，工程学院硕士研究生陈日耀参与服务器平台构建与分析等。该研究得到了论文得到岭南现代农业科学与技术广东省实验室（NZNT2021004），广州市科技项目（202103000057和202206010023）和国家荔枝龙眼产业技术体系(CARS-32-08)的支持。

文图/园艺学院