近日，作物所花生研究团队在花生光暗形态转变的单细胞基因表达谱研究中取得进展，相关研究结果以论文“ScRNA-seq reveals dark- and light-induced differentially expressed gene atlases of seedling leaves in Arachis hypogaea L.”发表于国际学术期刊Plant Biotechnology Journal（中科院大类1区，IF=13.8，Top期刊）。作物所邓权清博士、洪彦彬研究员、华中农业大学博士生杜普旋、国际热带半干旱作物研究所Sunil S. Gangurde博士为论文共同第一作者，澳大利亚莫道克大学的Rajeev K. Varshney教授、作物所梁炫强研究员、陈小平研究员、刘浩副研究员为论文共同通讯作者。

花生属于双子叶全出土作物，其光暗形态建成直接影响顶端弯钩形成和下胚轴稳健生长，从而影响花生成苗壮苗。因此，破译花生幼苗在光照与黑暗环境下的单细胞转录组图谱，能够为解析花生组织器官与光暗诱导的形态发育变化提供科学线索。

该研究利用酶解法获得了黑暗与光照条件下花生幼苗（一周龄）叶片的原生质体细胞，结合10×Genomics微流控平台捕获了13409（黑暗黄化苗）和11296（光照绿苗）个单细胞进行scRNA-seq（Single-cell RNA-seq）测序，并构建了黄化苗与绿苗的单细胞基因表达图谱。利用细胞类型Marker基因将全部的细胞表征到10个细胞簇，并在单细胞层面鉴定到黄化与光照绿苗中存在6104个差异表达基因。随后的拟时轨迹和细胞周期分析结果表明，光照条件促进叶片细胞分化，而暗生长环境导致叶片细胞周期紊乱，绝大多数的细胞会处于S期。此外，该研究基于细胞层面对叶肉细胞群中的叶绿色合成通路进行解析，并鉴定到叶绿素合成关键酶PORA（protochlorophyllide reductase）在叶肉细胞中高度富集并抑制叶绿素合成。而表皮细胞再分群与内源激素检测结果表明光照可通过抑制生长素、乙烯、细胞分裂素等合成途径阻碍表皮细胞发育，其中鉴定到21个转录因子（如AHL17、ERF98、NAC2、WRKY31与ZAT11）参与植物激素通路进而调控表皮细胞发育。最后重点解析了花生AT-hook转录因子AHL17的功能。AHL17编码蛋白定位于细胞核，含有典型的AT-hook与DUF296结构域，DAP-seq结果表明AHL17倾向于结合基因组AA(T)AAAATA保守基序。AHL17不论是在单细胞水平还是组织水平均在黄化的花生幼苗中表达量较高，过量异位表达AHL17能够促进植株生长，该基因具有调节多种激素的能力以促进植株生长发育。本研究构建的花生光暗幼苗的单细胞转录组图谱，为在单细胞水平上阐述光暗诱导叶细胞发育的分子机制提供了新的生物学观点。

花生暗形态与光形态的叶片单细胞基因表达图谱

本研究得到了国家重点研发计划、广东省重点研发现代种业项目、“十四五”揭榜挂帅制十大育种主攻方向计划、国家自然科学基金、国家花生产业技术体系、广东省自然科学基金以及广东省农科院作物所所长基金等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14306