中國熱科院生物所在甘蔗對黑穗病侵染的單細胞水平調(diào)控機制方面取得重要進展。研究構(gòu)建了首個甘蔗單細胞圖譜，并通過繪制高分辨率的轉(zhuǎn)錄景觀，率先從單細胞水平系統(tǒng)解析了甘蔗對黑穗病菌侵染的精細調(diào)控機制。為深入理解甘蔗的抗病機制提供了全新的視角，并為通過靶向基因改良提升甘蔗抗黑穗病性，提供了新的思路和策略。本研究首先優(yōu)化了甘蔗原生質(zhì)體提取方法，并利用scRNA-seq對黑穂病菌侵染后的甘蔗芽中65,660個細胞進行了分析，系統(tǒng)識別了不同類型細胞的“身份標記基因”，并揭示了不同抗性甘蔗品種對黑穗病菌侵染的多樣化細胞響應(yīng)機制。研究結(jié)果表明，抗病品種YT93-159和感病品種ROC22在面對病菌侵染時，各類細胞中免疫相關(guān)基因的活躍程度并不一樣，這說明甘蔗的抗病能力和細胞類型密切相關(guān)。此外，研究還通過“偽時間軌跡分析”模擬了甘蔗芽在生長過程中不同細胞類型的發(fā)育路徑，找出了在細胞命運轉(zhuǎn)變中起關(guān)鍵作用的調(diào)控基因，這些基因大多與植物激素響應(yīng)和代謝活動有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)一個水楊酸信號通路相關(guān)基因ScNPR3，在甘蔗分生組織細胞發(fā)育過程中扮演著重要角色，該基因的表達受黑穗病菌侵染的誘導(dǎo)，并在細胞核中與轉(zhuǎn)錄因子ScTGA2相互合作，進而抑制植物的免疫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)暗示在甘蔗對抗黑穗病的過程中，ScNPR3可能通過協(xié)調(diào)生長與免疫反應(yīng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究成果發(fā)表于《Plant Biotechnology Journal》。