近日，林生院李全梓研究員團(tuán)隊(duì)在《Genome Biology》（中科院1區(qū)Top，IF-5yr=16.3）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Integrating scRNA-seq and snRNA-seq with spatial transcriptomics to unlock the xylem puzzle”（《整合單細(xì)胞、單細(xì)胞核與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)探索木質(zhì)部發(fā)育的復(fù)雜性》）的研究論文。該研究對(duì)楊樹(shù)莖木質(zhì)部進(jìn)行單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）、單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）以及激光捕獲顯微切割（LCM-RNAseq）空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，構(gòu)建了一個(gè)涵蓋從形成層紡錘狀原始細(xì)胞到次生細(xì)胞壁形成再到細(xì)胞程序化死亡的完整木質(zhì)部發(fā)育連續(xù)軌跡。這一多模態(tài)策略克服了單一技術(shù)的局限性，攻克了傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法捕獲厚壁成熟細(xì)胞的研究瓶頸，為探索植物復(fù)雜組織的動(dòng)態(tài)發(fā)育過(guò)程提供了創(chuàng)新性研究框架。
研究發(fā)現(xiàn)，scRNA-seq主要捕獲早期階段的薄壁細(xì)胞，而snRNA-seq通過(guò)機(jī)械刮取和細(xì)胞核提取，能有效捕獲深層、具有厚次生壁的晚期細(xì)胞，兩種技術(shù)在發(fā)育中間過(guò)渡階段存在部分重疊，形成高度互補(bǔ)的捕獲特性；研究鑒定出木質(zhì)部中一個(gè)轉(zhuǎn)錄組學(xué)定義的次生壁沉積區(qū)（SCW deposition zone），發(fā)現(xiàn)該區(qū)域同時(shí)富集木質(zhì)素生物合成與細(xì)胞程序化死亡相關(guān)基因，證實(shí)木質(zhì)部次生壁形成與程序性細(xì)胞死亡的啟動(dòng)存在轉(zhuǎn)錄水平的協(xié)同調(diào)控，而非簡(jiǎn)單的先后序貫關(guān)系。
此外，利用無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)和支持向量機(jī)（SVM）機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行分區(qū)，研究人員對(duì)比早期和晚期木質(zhì)部細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征，早期木質(zhì)部細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄水平上表現(xiàn)出更高的異質(zhì)性，能夠被細(xì)分為更多的亞群，而晚期細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)則相對(duì)均一和穩(wěn)定。這可能反映了細(xì)胞從多能性的原始細(xì)胞狀態(tài)向終末分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，發(fā)育命運(yùn)逐漸收束的過(guò)程，為解析導(dǎo)管與纖維細(xì)胞命運(yùn)抉擇機(jī)制提供了新線(xiàn)索。
該研究建立的“scRNA-seq + snRNA-seq + 空間轉(zhuǎn)錄組”整合分析框架，揭示的木質(zhì)部發(fā)育核心規(guī)律，豐富了林木木質(zhì)部發(fā)育的分子調(diào)控理論，為后續(xù)開(kāi)展木材品質(zhì)精準(zhǔn)改良、碳匯效率定向提升的分子育種研究提供了關(guān)鍵研究靶點(diǎn)，也為其他具有復(fù)雜細(xì)胞壁的植物組織（如種子、根系）的發(fā)育研究提供了一套通用的多組學(xué)整合策略。
浙江農(nóng)林大學(xué)林生院魏明科博士、美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校Jo-Wei Allison Hsieh博士、中國(guó)臺(tái)灣科技大學(xué)Jr-Fong Dang博士為論文共同第一作者，浙江農(nóng)林大學(xué)李全梓研究員與臺(tái)灣大學(xué)林盈仲教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江農(nóng)林大學(xué)科研發(fā)展基金資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-026-04007-z
（林生院 魏明科）
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