枇杷（Eriobotrya japonica）作為薔薇科枇杷屬的重要亞熱帶常綠果樹，其開花習(xí)性與大多數(shù)薔薇科果樹顯著不同：并非在春季開花，而是獨(dú)特地集中于秋冬季。這一特性暗示枇杷可能具備獨(dú)特的開花調(diào)控機(jī)制。然而，由于枇杷屬于多年生木本果樹，其開花機(jī)制研究面臨更大挑戰(zhàn)。單細(xì)胞核RNA測(cè)序（snRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（stRNA-seq）能夠在細(xì)胞層面精確解析基因表達(dá)動(dòng)態(tài)，為發(fā)育調(diào)控機(jī)制研究提供重要技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而，針對(duì)多年生木本果樹的單核及空間轉(zhuǎn)錄組研究目前仍較為有限。

近期，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)枇杷團(tuán)隊(duì)在Journal of Integrative Agriculture發(fā)表了題為A single-nucleus and spatial transcriptomic atlas of the shoot apex reveals insights into the vegetative-to-reproductive transition in loquat的研究論文。該研究構(gòu)建了首個(gè)枇杷莖尖單細(xì)胞（單核）和空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，揭示了枇杷在成花過程中從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)錄調(diào)控基礎(chǔ)。

枇杷莖尖細(xì)胞注釋

該研究以枇杷花芽分化前和花芽分化起始階段的莖尖為研究對(duì)象，利用snRNA-seq技術(shù)將42,546個(gè)高質(zhì)量細(xì)胞核劃分為22個(gè)細(xì)胞亞群，歸屬于七大細(xì)胞類型。利用擬時(shí)序分析重構(gòu)了細(xì)胞發(fā)育軌跡，揭示其呈現(xiàn)出向外部和內(nèi)部組織分化的分支模式，并識(shí)別出與細(xì)胞分化動(dòng)態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵基因。通過比較花芽分化前與啟動(dòng)階段的轉(zhuǎn)錄組，共檢測(cè)到3,329個(gè)差異表達(dá)基因，其中包括67個(gè)擬南芥成花基因的同源基因，以及可能在多年生木本果樹中具有特異性的重要調(diào)控基因。其中，表皮層細(xì)胞與莖尖分生組織細(xì)胞展現(xiàn)出最為顯著的轉(zhuǎn)錄組重塑，凸顯了這兩類細(xì)胞在花芽分化啟動(dòng)過程中的核心地位。此外，研究還預(yù)測(cè)了43個(gè)關(guān)鍵候選基因（如EjCRY2與EjAGL79），它們均位于細(xì)胞發(fā)育軌跡的關(guān)鍵分支點(diǎn)，可能在細(xì)胞命運(yùn)決定中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并參與了以光周期和晝夜節(jié)律為主導(dǎo)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?？臻g轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果與單核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)高度吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了表皮及莖尖分生組織等關(guān)鍵區(qū)域的細(xì)胞類型鑒定。

參與枇杷花芽分化起始的候選基因分析

綜上，該研究不僅為枇杷及其他果樹的單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組研究提供了寶貴的可用于細(xì)胞類型鑒定的標(biāo)記基因與數(shù)據(jù)資源，其所鑒定的候選基因有助于未來深入解析枇杷花芽分化啟動(dòng)的分子機(jī)制，并為通過分子育種手段定向調(diào)控枇杷開花與結(jié)果時(shí)間提供了潛在靶點(diǎn)。

圖6 snRNA-seq與空間轉(zhuǎn)錄組的整合分析及交叉驗(yàn)證

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士生趙崇斌、碩士生黃家樂和韶關(guān)學(xué)院蔣園園副教授為共同第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院彭澤副教授、楊向暉教授和胡桂兵教授為共同通訊作者，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘇文炳副研究員和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林順權(quán)教授對(duì)研究提供了指導(dǎo)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)外合作項(xiàng)目、廣東省粵北食藥資源利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等項(xiàng)目資助。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311925003624