豆科植物根系在固氮过程中起着重要作用。然而，豆科植物根中不同类型细胞基因表达及其功能尚不清楚。

近日，华大基因助力中国农业科学院生物技术研究所、西华师范大学等单位，共同完成豆科植物百脉根根尖单细胞图谱绘制合作研究，于Journal of Integrative Plant Biology发表“Single-cell RNA-seq of Lotus japonicus provide insights into identification and function of root cell types of legume”的研究论文。（点击文末“阅读原文”可查看论文原文）。

该研究首次绘制豆科植物百脉根的根尖单细胞表达图谱，利用原位杂交鉴定出了根尖的主要细胞类型，分析了各个细胞类型的潜在功能，发现了新的细胞类型特异基因，对研究豆科植物根系发育、生物固氮以及生物育种都具有重要意义。

这项研究也是继华大基因参与发表水稻根部单细胞图谱绘制研究后的又一力作（Molecular Plant，2021）。

主要研究成果


01

百脉根根尖单细胞图谱绘制

该研究利用高通量单细胞分选平台对百脉根根尖解离出的22,688个原生质体进行了转录组测序，得到了高质量的测序结果，并通过细胞类型特异表达基因鉴定出了根尖7种主要细胞类型。

图1 百脉根单细胞图谱及类群鉴定以及原位杂交实验验证结果


02

功能和进化分析

研究团队进一步分析了不同细胞类型的功能，发现九种激素和固氮相关基因在不同细胞类型呈现不同表达规律。另外，与拟南芥根尖单细胞图谱比较分析后，研究团队进一步发现：不同植物细胞类型的功能以及保守性及差异性。

图2 百脉根根尖细胞类型功能及进化分析结果图

中国农业科学院生物技术研究所吴燕民研究员和梁哲研究员为论文通讯作者，生物所孙占敏博士、华大基因姜三杰博士和西华师范大学王丹博士为论文第一作者。该工作得到了国家科技基础资源调查专项、国家自然科学基金、重庆自然科学基金、中国农业科学院创新工程项目资助。


参考文献：

[1]Sun, Z.M., Jiang, S.J., Wang, D., L,i L.X., Liu, B.X., Ran, Q.F., Hu, L.Z., Xiong, J.B., Tang, Y.X., Gu, X.F., Wu, Y.M,, Liang, Z. (2022). Single-cell RNA-seq of Lotus japonicus provide insights into identification and function of root cell types of legume. J Integr Plant Biol. doi: 10.1111/jipb.13435

[2]Liu, Q., Liang, Z., Feng, D., Jiang, S.J., Wang, Y.F., Du, Z.Y,, Li, R.X,, Hu, G.H., Zhang, P.X., Ma, Y.F., et al. (2021). Transcriptional landscape of rice roots at the single-cell resolution. Molecular Plant 14: 384-394.