Plant Physiology | 泌盐盐生植物二色补血草盐腺发育单细胞轨迹研究

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-04-11 13:26

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探究盐生植物的耐盐分子机制，培育抗盐碱作物对提高土地增量具有重要意义。泌盐盐生植物进化出了盐腺结构，可以将Na ⁺ 直接排出体外从而有效避免盐胁迫，盐腺发育的关键基因研究仍有待深入开展。 Plant Physiology 近日在线发表了山东师范大学王宝山/袁芳课题组和中国科学院东北地理与农业生态研究所李伟强团队题为“ Global dynamics and cytokinin participation of salt gland development trajectory in recretohalophyte Limonium bicolor ”的研究论文。

该研究首先利用盐腺发育时期的叶片探索原生质体制备的最佳方案，利用单细胞测序技术结合降维分析，明确了二色补血草叶片发育早期的19个细胞群，集中于原表皮、表皮、叶肉和维管组织，并通过原位杂交进行了相关marker基因的验证，完成了二色补血草叶片早期的发育轨迹绘制（图1）。

通过相关基因的表达模式和细胞学证据，进一步提出细胞分裂素参与盐腺发育。在细化细胞分裂素6-苄氨基嘌呤处理下的盐腺发育模式及原生质体制备的前提下，继续开展单细胞测序，并比较两组细胞群的异同，聚焦到5个与盐腺发育相关的亚群，通过盐腺发育的marker基因，定义了盐腺发育相关基因的发育轨迹（图2）：亚群8、4或6到亚群3和1的盐腺特异性分化轨迹。此外，我们从中验证了TRIPTYCHON（LbTRY）和互作蛋白Lb7G34824在盐腺发育中的参与，它们调节细胞分裂素代谢和信号转导相关基因的表达，如 GLABROUS INFLORESCENCE STEMS 2 ，以维持盐腺发育过程中细胞分裂素的稳态（图3），该研究结果为全面研究盐腺发育决定因子提供了有价值的背景数据和关键基因探究。

图1 二色补血草幼叶细胞群的鉴定

图2 二色补血草盐腺发育轨迹

图3 LbTRY参与盐腺发育的模型

山东师范大学生命科学学院、东营研究院的王宝山教授、袁芳教授和中国科学院东北地理与农业生态研究所李伟强教授为论文通讯作者，南方科技大学朱健康院士对本研究提供了修改建议和技术支持。山东师范大学生命科学学院在读博士生赵博庆、已毕业硕士研究生高雅茹为共同第一作者，在读博士生王茜、在读硕士生马秋雨参与了论文工作。本研究获得国家自然科学基金项目的资助。