Single-cell multiome reveals root hair-specific responses to salt stress

IF 8.3 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES

New Phytologist Pub Date : 2025-04-23 DOI:10.1111/nph.70160

Qing Liu, Jingmin Kang, Lin Du, Zhaokun Liu, Hao Liang, Kailai Wang, Haijiao He, Xiaonan Zhang, Qifan Wang, Yiguo Hong, Qi Cheng, Xin Liu, Wei Ma, Jianjun Zhao

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Abstract

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单细胞多组揭示根毛对盐胁迫的特异性反应

不可移动植物自然暴露于各种生物和非生物胁迫下，这些胁迫往往对其生长产生有害影响(Zhu, 2016；Zhang等人，2022)。气候变化，加上环境污染和不合理施肥，导致全球盐碱化加剧，可耕地减少。盐碱地阻碍植物根系生长，阻碍叶片光合作用，导致植物严重萎蔫、发黄，甚至死亡（Zhao et al., 2020）。盐胁迫已成为影响全球农业和园艺作物产量和质量的最具破坏性的非生物因素和突出制约因素之一(Yang &；郭,2018)。无头大白菜（NHCC, Brassica campestris (syn. Brassica rapa)）中国菜（Chinensis）是一种重要的叶菜，在世界上许多国家和地区都有广泛的种植。NHCC的主要食用器官是甜、多汁、营养丰富的叶子（Li et al., 2020）。然而，NHCC的种植和生产往往面临高盐度的风险。一般来说，盐胁迫会导致种子发芽延迟和不均匀（Ren et al., 2020）。高盐度还会导致土壤的高渗透性，从而限制根系的吸收能力和正常生长，导致叶片发黄、植株枯萎、大量减产（Wang et al., 2022）。然而，很少有研究探讨盐胁迫下NHCC的分子机制。传统的高通量测序往往无法检测到不同细胞类型之间基因表达的差异，忽略了单个细胞的独特属性(Denyer等，2019；Farmer等人，2021；Marand et al., 2021；Zhang et al., 2021；密苏里州,娇,2022;Qu et al., 2022；李等人，2024)。此外，许多控制不同细胞类型发育的关键基因仍未被发现，我们对不同细胞类型对盐胁迫的转录调节网络（TRN）反应的理解仍然有限。因此，揭示盐胁迫下NHCC中动态的、细胞类型特异性的trn不仅可以在单细胞水平上深入了解NHCC对盐胁迫的反应，还可能有助于开发新的育种策略，以提高NHCC和其他作物的耐盐性(Shaw等，2021；Sun et al., 2022；丁等人，2023；Ma et al., 2023；Zhang等人，2023)。根系在植物发育和生长中吸收水分和矿质养分起着至关重要的作用（Libault et al., 2010）。它们是感知土壤盐度的主要前沿(Wong et al., 2018；Wang et al., 2020)。在本研究中，我们建立了盐胁迫下NHCC根尖细胞的单核多组学图谱。我们利用Stereo-seq和RNA原位杂交技术对根细胞类型进行了注释，并表征了NHCC单细胞的基因转录和染色质状态。单细胞基因调控网络（grn）使我们能够在NHCC根中识别多个与应激相关的细胞类型特异性调控因子。此外，跨物种单细胞转录组分析揭示了根毛在应对盐和渗透胁迫方面的一些保守功能。

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New Phytologist 生物-植物科学

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.