由美國康奈爾大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)院和生命科學(xué)綜合植物科學(xué)學(xué)院開展的研究，揭示了玉米干細(xì)胞基因表達(dá)模式在指導(dǎo)莖發(fā)育過程中作用。其研究成果“Plant stem-cell organization and differentiation at single-cell resolution”以論文的形式于2020年12月29日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

在植物發(fā)育的早期階段，細(xì)胞被賦予特定的功能，它們以高度有序的方式生長。成株植物地上部分的所有細(xì)胞、器官和組織都存在于一個干細(xì)胞池中，干細(xì)胞池存在于一種稱為莖尖分生組織（SAM）的結(jié)構(gòu)中。

植物在SAMs中保持多能干細(xì)胞（pluripotent stem cells）的種群，這些細(xì)胞不斷產(chǎn)生新的地上器官。研究人員利用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）來實現(xiàn)玉米芽干細(xì)胞生態(tài)位及其分化細(xì)胞后代轉(zhuǎn)錄景觀的無偏表征。位于SAM尖端的干細(xì)胞參與基因組完整性的維持，并表現(xiàn)出較低的細(xì)胞分裂率，這與它們對種系和體細(xì)胞命運(yùn)的貢獻(xiàn)一致。研究人員還利用軌跡推斷追蹤了伴隨細(xì)胞分化的基因表達(dá)變化，結(jié)果表明KNOTTED1（KN1）的異位表達(dá)加速了細(xì)胞分化，促進(jìn)了玉米葉鞘基部的發(fā)育。這些對莖尖的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析有助于深入了解玉米幼苗中干細(xì)胞功能和細(xì)胞命運(yùn)獲得的過程，并為在細(xì)胞水平上更好地剖析植物莖形態(tài)發(fā)生的遺傳控制提供有價值的支撐。

2020年，美國國家科學(xué)基金會（NSF）的植物基因組研究項目向該課題負(fù)責(zé)人提供了一筆為期五年、價值180萬美元的資助，用于研究玉米發(fā)育的基本機(jī)制。

來源：PNAS、Cornell CALS