近日，作物所花生研究團隊在花生光暗形態轉變的單細胞基因表達譜研究中取得進展，相關研究結果以論文“ScRNA-seq reveals dark- and light-induced differentially expressed gene atlases of seedling leaves inArachis hypogaeaL.”發表於國際學術期刊Plant Biotechnology Journal（中科院大類1區，IF=13.8，Top期刊）。作物所鄧權清博士、洪彥彬研究員、華中農業大學博士生杜普旋、國際熱帶半幹旱作物研究所Sunil S. Gangurde博士為論文共同第一作者，澳大利亞莫道克大學的Rajeev K. Varshney教授、作物所梁炫強研究員、陳小平研究員、劉浩副研究員為論文共同通訊作者。

花生屬於雙子葉全出土作物，其光暗形態建成直接影響頂端彎鉤形成和下胚軸穩健生長，從而影響花生成苗壯苗。因此，破譯花生幼苗在光照與黑暗環境下的單細胞轉錄組圖譜，能夠為解析花生組織器官與光暗誘導的形態發育變化提供科學線索。

該研究利用酶解法獲得了黑暗與光照條件下花生幼苗（一周齡）葉片的原生質體細胞，結合10×Genomics微流控平台捕獲了13409（黑暗黃化苗）和11296（光照綠苗）個單細胞進行scRNA-seq（Single-cell RNA-seq）測序，並構建了黃化苗與綠苗的單細胞基因表達圖譜。利用細胞類型Marker基因將全部的細胞表征到10個細胞簇，並在單細胞層麵鑒定到黃化與光照綠苗中存在6104個差異表達基因。隨後的擬時軌跡和細胞周期分析結果表明，光照條件促進葉片細胞分化，而暗生長環境導致葉片細胞周期紊亂，絕大多數的細胞會處於S期。此外，該研究基於細胞層麵對葉肉細胞群中的葉綠色合成通路進行解析，並鑒定到葉綠素合成關鍵酶PORA（protochlorophyllide reductase）在葉肉細胞中高度富集並抑製葉綠素合成。而表皮細胞再分群與內源激素檢測結果表明光照可通過抑製生長素、乙烯、細胞分裂素等合成途徑阻礙表皮細胞發育，其中鑒定到21個轉錄因子（如AHL17、ERF98、NAC2、WRKY31與ZAT11）參與植物激素通路進而調控表皮細胞發育。最後重點解析了花生AT-hook轉錄因子AHL17的功能。AHL17編碼蛋白定位於細胞核，含有典型的AT-hook與DUF296結構域，DAP-seq結果表明AHL17傾向於結合基因組AA(T)AAAATA保守基序。AHL17不論是在單細胞水平還是組織水平均在黃化的花生幼苗中表達量較高，過量異位表達AHL17能夠促進植株生長，該基因具有調節多種激素的能力以促進植株生長發育。本研究構建的花生光暗幼苗的單細胞轉錄組圖譜，為在單細胞水平上闡述光暗誘導葉細胞發育的分子機製提供了新的生物學觀點。

花生暗形態與光形態的葉片單細胞基因表達圖譜

本研究得到了國家重點研發計劃、廣東省重點研發現代種業項目、“十四五”揭榜掛帥製十大育種主攻方向計劃、國家自然科學基金、國家花生產業技術體係、廣東省自然科學基金以及廣東省農科院作物所所長基金等項目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14306