近日，中國農業科學院生物技術研究所玉米功能基因組創新團隊首次在單細胞水平解析了玉米根系細胞對熱脅迫的特異性響應機制，揭示了熱脅迫下植物根系的細胞異質性、根系類型的差異和分化軌跡，鑒定了單雙子葉植物響應熱脅迫的關鍵核心基因，相關研究成果發表于《自然—通訊》（Nature Communications）。
大田玉米。中國農科院生物所供圖
玉米作為全球主要的谷類作物，近年來，全球變暖和極端天氣對玉米產量造成嚴峻挑戰。根系對維管植物的生長發育至關重要，并幫助植物適應復雜的環境條件。理解根系中遺傳潛力的調控機制對玉米耐熱育種新策略至關重要。
植物對高溫等脅迫的響應需要不同細胞的精確協調，而特定細胞類型的差異基因表達有助于揭示玉米根系在應對熱脅迫時的異質性。該研究通過單細胞轉錄組測序技術繪制了一個超過35000個有效細胞的單細胞時空轉錄圖譜，鑒定了9種主要細胞類型。
進行擬時分析后，發現熱脅迫下玉米根系發育軌跡和基因表達模式的顯著差異。進一步構建了9種細胞類型熱脅迫響應下的調控網絡，鑒定了單雙子葉響應熱脅迫的核心基因，發現了高溫逆境下玉米的熱損傷率和耐熱性與根皮層大小高度相關的關系。該研究為培育耐高溫作物提供了新的策略和靶點。
該研究得到農業生物育種重大專項、國家自然科學基金及中國農業科學院創新工程等項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55485-3
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