中国热科院在甘蔗对黑穗病侵染的单细胞水平调控机制方面取得重要进展

中国热科院生物所在甘蔗对黑穗病侵染的单细胞水平调控机制方面取得重要进展。研究构建了首个甘蔗单细胞图谱，并通过绘制高分辨率的转录景观，率先从单细胞水平系统解析了甘蔗对黑穗病菌侵染的精细调控机制。为深入理解甘蔗的抗病机制提供了全新的视角，并为通过靶向基因改良提升甘蔗抗黑穗病性，提供了新的思路和策略。本研究首先优化了甘蔗原生质体提取方法，并利用scRNA-seq对黑穂病菌侵染后的甘蔗芽中65,660个细胞进行了分析，系统识别了不同类型细胞的“身份标记基因”，并揭示了不同抗性甘蔗品种对黑穗病菌侵染的多样化细胞响应机制。研究结果表明，抗病品种YT93-159和感病品种ROC22在面对病菌侵染时，各类细胞中免疫相关基因的活跃程度并不一样，这说明甘蔗的抗病能力和细胞类型密切相关。此外，研究还通过“伪时间轨迹分析”模拟了甘蔗芽在生长过程中不同细胞类型的发育路径，找出了在细胞命运转变中起关键作用的调控基因，这些基因大多与植物激素响应和代谢活动有关。研究还发现一个水杨酸信号通路相关基因ScNPR3，在甘蔗分生组织细胞发育过程中扮演着重要角色，该基因的表达受黑穗病菌侵染的诱导，并在细胞核中与转录因子ScTGA2相互合作，进而抑制植物的免疫反应。这一发现暗示在甘蔗对抗黑穗病的过程中，ScNPR3可能通过协调生长与免疫反应发挥关键作用。研究成果发表于《Plant Biotechnology Journal》。