分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究组与合作者揭示玉米灌浆期的关键细胞亚群
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2023-11-09 | 【】 【】
2023年11月8日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿团队和上海师范大学王文琴团队在nature communications在线发表题为“spatial transcriptomics uncover sucrose post-phloem transport during maize kernel development”的研究文章。该研究率先利用空间转录组方法详细划分了玉米籽粒灌浆期不同细胞功能亚群，揭示了光合同化产物从进入籽粒到合成淀粉、蛋白和脂类等储藏物质过程的空间转录特征。
玉米是全世界种植最广泛且最高产的作物之一，年平均产量高达10亿吨。玉米籽粒是一个高度复杂的系统，由多达数百万个细胞组成，包括来自母体的二倍体种皮，子代基因型的三倍体胚乳以及二倍体的胚组成。构成这三种组织器官的细胞在种类和功能上各不相同，但它们相互协调，形成独特的微环境，以维持不同类型的细胞数量，构成有时空差异的功能分区。比如玉米籽粒灌浆开始前，胚乳细胞要经历活跃的有丝分裂和分化，细胞迅速增殖并形成完整的胚乳组织，主要包括四种细胞类型：胚乳基部转移层（basal endosperm transfer layer，betl）、糊粉层（aleurone layer，al）、胚周围区（embryo surrounding region，esr）、淀粉胚乳细胞（central starchy endosperm，cse）。另外，这几类细胞还能衍生出一些亚细胞类型：亚糊粉层（subaleurone，sa）、传导区（conducting zone，cz）和基部中间区（basal intermediate zone，biz）。然而上述细胞分类主要基于细胞形态观察和数量极少的特异表达基因，一般转录组研究得到的基因表达谱缺乏空间信息，研究者对每个细胞群体的具体功能了解非常有限，也制约了对籽粒发育和灌浆调控的深入了解，以及优异基因的挖掘。因此，我们对玉米灌浆期籽粒进行了显微切片和空间转录组学研究，不仅实现了高通量可视化所有基因的电子原位杂交图谱，也鉴定了11个细胞群和332个分子标记基因，绘制真正的“玉米籽粒电子原位杂交”和“分子细胞学”图谱。此外，我们还系统构建了籽粒灌浆时各个组织功能区发生的关键事件（信号传导，营养运输，蛋白、淀粉、脂类合成和存储等）和全局基因网络调控图，全面挖掘知之甚少的在信号传导和营养运输上发挥重要作用的关键基因，通过探索它们的生物学功能，为提升玉米产量和品质提供新的基因资源。
四川农业大学和上海师范大学的博士生符语昕和硕士生肖文昕为本文的共同第一作者，上海师范大学王文琴教授和中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员为本文共同通讯作者。上海师范大学硕士生田浪和吴兴国；中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士生郭亮星、马光近、冀晨、副研究员王婕琛、研究员王海海；四川农业大学黄永财教授、杨桃教授、王际睿教授也参与了合作。本研究得到十四五重大研发计划2022yff1003302（巫永睿和王文琴）和国家自然科学基金（王文琴32072008和32372068，巫永睿31830063和31925030）的资助。
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实验原位杂交和电子原位杂交对比图
