小麦作为全球主要粮食作物，其生产常受到由禾谷镰孢菌引起的赤霉病的严重威胁。由于目前尚未发现对赤霉病具有完全抗性的小麦品种，通过分子育种改造小麦易感基因已成为防控该病害的重要策略。传统的整体转录组分析难以揭示不同细胞类型间的异质性响应，因此小麦各细胞类型如何协同调控免疫应答仍不清楚。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心唐威华研究组通过单细胞转录组测序和激光显微切割技术，系统解析了小麦幼苗胚芽鞘中各类型细胞对禾谷镰孢菌（Fgr）以及非寄主镰孢菌侵染的免疫差异应答。
研究首先采用单细胞转录组测序，系统分析了小麦胚芽鞘在接种适应性病原菌Fgr 和非适应性病原菌尖刀镰孢菌（Foc）后0-3天内的基因表达动态。结合激光显微切割技术获取的转录组数据，科研人员注释了8种主要细胞类型：气孔细胞、表皮细胞、绿色薄壁细胞、薄壁组织细胞、外鞘细胞、内鞘细胞、韧皮部细胞和原形成层细胞。
研究发现，韧皮部和外鞘细胞通过协同作用特异性调控非寄主抗性的快速建立。非寄主抗性表现为免疫激活局限在少数细胞的特征，而小麦胚芽鞘与Fgr的易感互作则呈现广泛激活。拟时序分析进一步揭示，不同真菌病原体可诱导薄壁组织细胞和绿色薄壁细胞向不同的终末状态分化，其中Fgr特异性地诱导绿色薄壁细胞进入低转录活性状态。
该研究首次在单细胞分辨率上揭示了小麦幼苗响应非寄主镰孢菌侵染的免疫反应局域化特征，提出了禾谷镰孢菌推迟和减轻小麦的早期免疫反应与寄主建立易感互作关系。研究结果为小麦抗赤霉病育种提供了新的理论依据和更多的抗病候选基因。
相关研究成果以Single-cell transcriptomic analysis highlights specific cell types manipulated by Fusarium head blight fungus leading to wheat susceptibility为题，发表在《发育细胞》（Developmental Cell）上。研究工作得到农业农村部、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
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单细胞转录组分析揭示小麦胚芽鞘细胞对禾谷镰孢菌以及非寄主镰孢菌侵染0至3天的差异应答
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