科技日报记者 张梦然
人们所知道的绝年夜大都关在植物的基来源根基理常识，都是于一种你可能从未据说过的植物——拟南芥中初次发明的。
拟南芥，也称为水芹，是一种小型着花杂草，却塑造了人们所知的年夜部门植物生物学。作为已往半个世纪植物研究中的代表性物种，拟南芥让人们熟悉到植物怎样对于光作出反映，哪些激素节制着植物的举动，为什么有些植物根系深长、而有些则浅而宽展。只管拟南芥于全球植物生物学家中“享有盛誉”，但其完备生命周期中的很多细节，却始终成谜。
如今，美国索尔克生物研究所的科学家成立了首个笼罩拟南芥整个生命周期的遗传图谱，使用高精度的单细胞及空间转录组学技能，体系记载了从一粒种子萌生，到成熟植株时期40多万个细胞的基因表达模式。
这一公然资源将为将来研究植物细胞类型、发育阶段和其对于情况压力的相应提供史无前例的信息撑持。其相干结果已经发表于近期《天然·植物学》杂志上，有望显著鞭策植物生物技能、农业及情况科学的成长。
绘制植物的基因表达图谱
于作为模式植物的几十年间，拟南芥履历了无数试验。科学家们连续致力在解码其基因组，并绘制出差别构造及器官中各种细胞的基因表达图谱。借助这些局部图谱，人们患上以慢慢展现节制植物各部位身份与功效的要害基因。
此中，单细胞RNA测序成为构建细胞图谱的焦点东西。该技能不直接阐发DNA，而是检测基因组的表达产品——RNA份子，从而精准辨认哪些基因于特定细胞中被激活，以和其表达程度的凹凸。因为生物体所有细胞同享统一套遗传暗码，细胞类型的区别依靠在其怪异的基因表达模式，单细胞RNA测序是以成为辨认及分类细胞类型的有力手腕。
然而，传统要领存于较着局限：科学家必需将构造解离为单个细胞，致使原有的空间布局被粉碎。这象征着虽然能获知“有哪些细胞”，却难以回覆“它们于哪儿”以和“怎样构造”。
为冲破这一瓶颈，索尔克生物研究所团队将单细胞RNA测序与空间转录组学相联合，实现了从“碎片化图谱”向“全景式舆图”的超过。
更进步前辈技能带来更完备图谱
空间转录组学的最年夜上风于在保留了植物构造的原始布局。科学家无需粉碎细胞的空间摆列，便可于整个器官甚至整株植物中，切确定位基因表达的位置。这使患上他们可以或许于真正的构造配景下，同时解析多种细胞类型的身份、状况和其彼此瓜葛。
经由过程整合单细胞与空间转录组数据，研究团队乐成构建了笼罩拟南芥10个要害发育阶段——从地下种子到着花成年植株的完备基因表达图谱，共阐发了跨越40万个细胞。这一图谱展现了单平生物体内细胞类型的惊人多样性，以和发育历程中基因调控收集的动态蜕变。
研究论文配合第一作者、博士后研究员纳塔奈利·伊洛兹-艾力亚兹暗示：“你没关系想象一下，于植物真正的构造情况中，可以或许同时不雅察多达一千个基因的活跃位置。这不仅自己引人入胜，还有直接指导咱们发明了此前未知的、介入种荚发育的新基因。这些数据中，还有有更多宝藏等候挖掘。”
新图谱催生更多新发明
经由过程笼罩整个生命周期而非单一时间点的不雅察，科学家初次体系展现了调控植物发育的繁杂的动态份子机制。他们不仅辨认出年夜量于特定细胞类型中特异表达的新基因，还有为这些基因的功效研究提供了清楚的时空线索。
这项研究将成为整个植物生物学范畴孕育发生新发明的强盛东西。团队成员为此新开发了用户友爱型收集运用步伐，使全世界植物科学界只需拜候网站，便可轻松查询及利用这平生命周期图谱。
团队成员称，他们已经火烧眉毛想看到它将催生哪些新的单细胞基因组研究。他们但愿，这一今朝可于线免费获取的资源，不仅能深化科学界对于植物细胞发育机制的理解，还有将助力解析植物怎样应答遗传变异及情况压力，从而周全鞭策植物生物学、作物改进与生态顺应研究的将来成长。
-中国·金莎
