当前全球气候变暖已成为当前生态系统和农业生产面临的重大挑战之一，温度升高及极端气候事件的频繁发生对作物生长发育、农业生产力及粮食安全构成了严峻威胁。美洲狼尾草作为我国西南地区重要牧草杂交狼尾草亲本之一，以其较高的粗蛋白含量、叶茎比、生物产量以及易消化性，成为我国主要的放牧及青贮饲料之一。
叶片作为植物能量转换和环境感知的核心器官，是调控耐热性、保障生存与持续生长的关键枢纽。细胞作为构成叶片的基本单位，不同细胞类型在形态、功能和基因表达上存在显著的异质性。尤其在应对高温胁迫时，叶片各个细胞类型可能通过独立或协同的方式参与耐热响应。
四川农业大学教授黄琳凯带领的牧草基因资源挖掘及分子育种团队揭示了狼尾草叶片响应热胁迫的单细胞转录组图谱和关键细胞类群。近日，相关研究发表在New Phytologist上。
该研究在前期构建的美洲狼尾草图形泛基因组以及多组学数据库Milletdb的工作基础上，对美洲狼尾草叶片单细胞转录组分析，系统解析了美洲狼尾草叶片在热胁迫下的细胞类型特异性转录响应，构建了首个美洲狼尾草叶片单细胞图谱，鉴定出5种主要细胞类型，并发现维管组织细胞为响应热胁迫的核心细胞类型。
其中，热胁迫显著激活了维管组织细胞中与信号转导、氮素及蛋白质运输相关的通路，增强其应对高温胁迫的能力。同时，研究团队鉴定出531个热胁迫记忆基因，这些基因在维管组织细胞中高表达，且与H3K4me3等表观遗传修饰密切关联。采用单细胞WGCNA分析，通过超表达和突变体水稻株系对候选基因UGT73C3功能分析，发现其可能调节ROS 来增强植物的耐热性，并可能参与调控维管组织细胞分化。
美洲狼尾草叶片热胁迫单细胞图谱构建及关键耐热基因功能分析。课题组供图
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70232
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