Advanced Science | 空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)助力中國農(nóng)業(yè)大學揭示水稻細胞免疫圖譜

2025年3月24日，中國農(nóng)業(yè)大學植物保護學院劉俊團隊在國際綜合性期刊《Advanced Science》上，在線發(fā)表了題為“Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals a Stereoscopic Response of Rice Leaf Cells to?Magnaportheoryzae?Infection”的研究長文，該研究利用單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序和空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，深度分析了水稻-稻瘟菌互作下的細胞空間立體響應(yīng)，并構(gòu)建了一個全新的水稻-稻瘟菌互作單細胞和時空組轉(zhuǎn)錄圖譜。

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

單細胞組學和時空組學是近年來生命科學領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，它們在細胞異質(zhì)性解析、動態(tài)過程研究和細胞間相互作用分析方面具有重要優(yōu)勢，為生命科學研究帶來了全新的視角和深度。水稻稻瘟病是世界上發(fā)生嚴重的真菌病害之一，水稻在面臨稻瘟菌侵染時會激活動態(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。

該研究對稻瘟菌接種后三個時間點的樣品進行了單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序(圖1A)，同時對接種后的水稻葉片也進了時空組測序(圖1B)。

對測序獲得的單細胞數(shù)據(jù)，結(jié)合細胞特異的標志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對水稻的細胞類型進行了分類注釋(圖2A)。基因表達分析發(fā)現(xiàn)，維管細胞中的原形成層細胞在稻瘟菌侵染后高度誘導二萜類植保素合成代謝相關(guān)基因的表達，其中水稻關(guān)鍵植保素momilactone A合成被特異誘導(圖2B)，促進了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)的免疫對抗病性貢獻較弱。

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的免疫，稻瘟菌菌絲無法進一步侵入(圖3A)。時空組測序結(jié)果顯示，富含亮氨酸重復序列的(NLR)免疫基因的表達在接種24小時后，葉尖部較葉基部具有更強的積累，表明免疫基因的表達具有極性的特征。綜上所述，該項研究揭示了水稻在稻瘟病菌侵染時免疫基因存在細胞特異性和多維(局部和縱向)的表達模式，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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