Advanced Science | 空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)助力中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示水稻細(xì)胞免疫圖譜

2025年3月24日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉俊團(tuán)隊(duì)在國(guó)際綜合性期刊《Advanced Science》上，在線(xiàn)發(fā)表了題為“Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals a Stereoscopic Response of Rice Leaf Cells to?Magnaportheoryzae?Infection”的研究長(zhǎng)文，該研究利用單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，深度分析了水稻-稻瘟菌互作下的細(xì)胞空間立體響應(yīng)，并構(gòu)建了一個(gè)全新的水稻-稻瘟菌互作單細(xì)胞和時(shí)空組轉(zhuǎn)錄圖譜。

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

單細(xì)胞組學(xué)和時(shí)空組學(xué)是近年來(lái)生命科學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，它們?cè)诩?xì)胞異質(zhì)性解析、動(dòng)態(tài)過(guò)程研究和細(xì)胞間相互作用分析方面具有重要優(yōu)勢(shì)，為生命科學(xué)研究帶來(lái)了全新的視角和深度。水稻稻瘟病是世界上發(fā)生嚴(yán)重的真菌病害之一，水稻在面臨稻瘟菌侵染時(shí)會(huì)激活動(dòng)態(tài)免疫，因此挖掘水稻特異免疫基因?qū)τ诳沟疚敛【秩局陵P(guān)重要。

該研究對(duì)稻瘟菌接種后三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的樣品進(jìn)行了單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(圖1A)，同時(shí)對(duì)接種后的水稻葉片也進(jìn)了時(shí)空組測(cè)序(圖1B)。

對(duì)測(cè)序獲得的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，結(jié)合細(xì)胞特異的標(biāo)志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對(duì)水稻的細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)注釋(圖2A)?；虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn)，維管細(xì)胞中的原形成層細(xì)胞在稻瘟菌侵染后高度誘導(dǎo)二萜類(lèi)植保素合成代謝相關(guān)基因的表達(dá)，其中水稻關(guān)鍵植保素momilactone A合成被特異誘導(dǎo)(圖2B)，促進(jìn)了momilactone A在維管組織中積累，可能是抗稻瘟病的關(guān)鍵因素。相反，激素途徑和模式分子激發(fā)的免疫對(duì)抗病性貢獻(xiàn)較弱。

共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果顯示，稻瘟菌孢子萌發(fā)后優(yōu)先靶向葉脈入侵，但是水稻的維管組織具有較強(qiáng)的免疫，稻瘟菌菌絲無(wú)法進(jìn)一步侵入(圖3A)。時(shí)空組測(cè)序結(jié)果顯示，富含亮氨酸重復(fù)序列的(NLR)免疫基因的表達(dá)在接種24小時(shí)后，葉尖部較葉基部具有更強(qiáng)的積累，表明免疫基因的表達(dá)具有極性的特征。綜上所述，該項(xiàng)研究揭示了水稻在稻瘟病菌侵染時(shí)免疫基因存在細(xì)胞特異性和多維(局部和縱向)的表達(dá)模式，為挖掘新的免疫基因提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)(圖3B)。

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