2025年3月24日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞組學(xué)和時空組學(xué)是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，它們在細(xì)胞異質(zhì)性解析、動態(tài)過程研究和細(xì)胞間相互作用分析方面具有重要優(yōu)勢，為生命科學(xué)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(yán)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(xì)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(xì)胞數(shù)據(jù)，結(jié)合細(xì)胞特異的標(biāo)志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對水稻的細(xì)胞類型進行了分類注釋(圖2A)?；虮磉_分析發(fā)現(xiàn)，維管細(xì)胞中的原形成層細(xì)胞在稻瘟菌侵染后高度誘導(dǎo)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(dǎo)(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(fù)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(xì)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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