植物单细胞测序的研究思路
上海烈冰生物医药科技有限公司
2008
植物单细胞测序知多少
一文带你了解前人植物单细胞测序的研究思路
现在距国内的首篇关于植物单细胞测序的文章的发表已经过去三年了。这期间有残酷的新冠疫情的发生，科研工作者对科研的热情依旧没有削减，依旧是勤勤恳恳的专注与科研之路，我们也紧跟着科研的脚步，不断学习着，充实着自己。
通过学习已发表的单细胞测序文章，可以清晰的看到，目前大多是的植物单细胞文章还是处于以构建细胞图谱为主，主要的结果描述还是拟南芥根的细胞组成，这些研究从不同层面对细胞的发育、细胞功能及基因网络调控等方向进行了深入探索，开启了我们对真实的植物细胞微观世界的认知。接下来介绍一下植物单细胞测序的应用的几个方向。
1.绘制植物细胞图谱
发表时间：2019.04
发表期刊：Molecular plant
影响因子：13.163
研究物种：拟南芥根
植物细胞图谱的建立，可以帮助我们深入了解植物组织中细胞类型的组成和不同环境或发育过程中的变化，还可以获取每个细胞的独特的转录本信息，以描述细胞身份和功能，并理解和识别复杂组织中最关键的细胞生物学进程。
图1 拟南芥根尖细胞图谱（图片引自原文[1]）
2.构建细胞动态发育轨迹
发表时间：2020年8月
发表期刊：Molecular Plant
影响因子：13.163
研究物种：拟南芥幼苗
在许多生物学过程中，细胞为了响应各种环境的刺激，会在不同的状态下进行转变。通过构建植物细胞间的变化轨迹，重塑细胞随时间的变化过程，可以深入挖掘细胞状态变化其细胞类型的改变的信息，进一步可以解析细胞分化路径，了解植物细胞的动态发育过程，揭示发育全局的动态分子特征。
图2 拟南芥气孔谱系细胞发育轨迹（图片引自原文[2]）
3.探索细胞类型对不同环境响应
发表时间：2021年6月
发表期刊：J Genet Genomics
影响因子：4.271
研究物种：水稻叶、根
影响植物生长发育的重要环境因素是非生物胁迫，如干旱、洪涝等一系列不利因素都会对植物的生长造成严重的伤害。现如今气候变化，自然灾害频发，植物是如何应对这多变的环境变化的呢？本篇文章从细胞组成及细胞类型的变化入手，对非生物胁迫下，细胞类型的鉴定及细胞群体的组成变化进行研究，从单细胞水平上探究植物细胞的发育生物学的机理。
图3 非生物胁迫下细胞类型的动态变化（图片引自原文[3]）
4.解密减数分裂发展进程一文带你了解前人植物单细胞测序的研究思路
现在距国内的首篇关于植物单细胞测序的文章的发表已经过去三年了。这期间有残酷的新冠疫情的发生，科研工作者对科研的热情依旧没有削减，依旧是勤勤恳恳的专注与科研之路，我们也紧跟着科研的脚步，不断学习着，充实着自己。
通过学习已发表的单细胞测序文章，可以清晰的看到，目前大多是的植物单细胞文章还是处于以构建细胞图谱为主，主要的结果描述还是拟南芥根的细胞组成，这些研究从不同层面对细胞的发育、细胞功能及基因网络调控等方向进行了深入探索，开启了我们对真实的植物细胞微观世界的认知。接下来介绍一下植物单细胞测序的应用的几个方向。
1.绘制植物细胞图谱
发表时间：2019.04
发表期刊：Molecular plant
影响因子：13.163
研究物种：拟南芥根
植物细胞图谱的建立，可以帮助我们深入了解植物组织中细胞类型的组成和不同环境或发育过程中的变化，还可以获取每个细胞的独特的转录本信息，以描述细胞身份和功能，并理解和识别复杂组织中最关键的细胞生物学进程。
图1 拟南芥根尖细胞图谱（图片引自原文[1]）
2.构建细胞动态发育轨迹
发表时间：2020年8月
发表期刊：Molecular Plant
影响因子：13.163
研究物种：拟南芥幼苗
在许多生物学过程中，细胞为了响应各种环境的刺激，会在不同的状态下进行转变。通过构建植物细胞间的变化轨迹，重塑细胞随时间的变化过程，可以深入挖掘细胞状态变化其细胞类型的改变的信息，进一步可以解析细胞分化路径，了解植物细胞的动态发育过程，揭示发育全局的动态分子特征。
图2 拟南芥气孔谱系细胞发育轨迹（图片引自原文[2]）
3.探索细胞类型对不同环境响应
发表时间：2021年6月
发表期刊：J Genet Genomics
影响因子：4.271
研究物种：水稻叶、根
影响植物生长发育的重要环境因素是非生物胁迫，如干旱、洪涝等一系列不利因素都会对植物的生长造成严重的伤害。现如今气候变化，自然灾害频发，植物是如何应对这多变的环境变化的呢？本篇文章从细胞组成及细胞类型的变化入手，对非生物胁迫下，细胞类型的鉴定及细胞群体的组成变化进行研究，从单细胞水平上探究植物细胞的发育生物学的机理。
图3 非生物胁迫下细胞类型的动态变化（图片引自原文[3]）
发表时间：2019年4月
发表期刊：Science
影响因子：47.724
研究物种：玉米雄蕊
植物不会像动物那样从早期发育中保留生殖细胞谱系，而是按照需求生成生殖细胞。减数分裂是一个复杂的过程，在有性繁殖过程中起着关键的作用，染色体数目减半并通过重组产生新的等位基因组合。利用单细胞测序技术，从细胞层面上更加深入的解析这个过程的发生发展，本研究对玉米顶部花药中的体细胞和发育中的生殖细胞进行单细胞测序，分析研究减数分裂过程中细胞转录组的变化情况。
图4玉米减数分裂的发育流程（图片引自原文[4]）
5.探索植物组织器官发育起源发表时间：2021年8月
发表期刊：Molecular Plant
影响因子：13.163
研究物种：拟南芥根
植物器官发生需要招募特定的细胞亚群，称之为干细胞群，植物根系统发育涉及到大量的细胞分化，其中LRP(侧根原基)的发育尚不清楚，在该研究中作者对拟南芥LR(侧根)形成的前四个阶段进行了单细胞测序，并构画出了LR形成模型，发现其中前体细胞迅速重新编码并分裂成混合的地面组织干细胞生态位和管状前体。
图5侧根发展的动态过程（图片引自原文[5]）
总的来说，目前已有的植物单细胞研究从不同层面对细胞图谱构建，细胞发育、细胞功能及基因网络调控等方向进行了深入探索，开启了对真实的植物细胞微观世界认知的新纪元！
现有植物单细胞测序相关文献小结：
参考文献：
1. Zhang, Tian-Qi, et al. A Single-cell RNA Sequencing Profiles the Develop- mental Landscape of Arabidopsis Root[J]. Molecular Plant. 2019.
2. Zhixin Liu，Yaping Zhou, et al. Global Dynamic Molecular Profiles of Stomatal Lineage Cell Development by Single-Cell RNA Sequencing[J]. Molecular Plant. 2020.
3. Yu Wang, Qing Huan, et al. Single-cell transcriptome atlas of the leaf and root of rice seedlings[J]. Journal of Genetics and Genomics, 2021.
4. Nelms B , Walbot V. Defining the developmental program leading to meiosis in maize[J]. Science, 2019.
Serrano-Ron L, Perez-Garcia P, et al. Reconstruction of lateral root formation through single-cell RNA sequencing reveals order of tissue initiation[J]. Molecular Plant. 2021.
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