又发一篇顶刊！南科大教授创新解析叶片衰老进程

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摘要

近日，南方科技大学生命科学学院讲席教授郭红卫课题组联合武汉华大生命科学研究院在顶级学术期刊Cell在线发表题为“An Arabidopsis single-nucleus atlas decodes leaf senescence and nutrient allocation”的研究论文，构建了模式生物拟南芥全生命周期单细胞转录组图谱，并创新性地从单细胞水平上解析了叶片衰老进程，描绘了碳/氮的源库转运图景。

植物的衰老是一个高度有序的生物学过程，涉及多个细胞、组织和器官间的整体调控及营养物质的运输和再分配，对于植物的生长、繁殖及应对多变环境至关重要。研究团队采用单核转录组测序技术对覆盖拟南芥整个生命周期的20个关键组织样品进行了测序分析，构建了超百万细胞核的高分辨率全图谱。通过整合已有遗传标记信息，对单个组织及跨多发育时期分析中鉴定到的539个细胞群进行了系统的注释，最终明确了38种细胞类型。进一步的，研究团队通过跨发育时期细胞类群及关键基因的表达变化分析，揭示了重要细胞类型的发育动态；通过对多器官中保守细胞类型的表达谱进行比较分析，构建了跨器官保守性和器官特异性的转录因子调控网络。这些高质量的单核转录图谱为后续研究提供了重要的基础和宝贵的资源。

接下来，研究团队利用6个连续发育时期叶片的单核转录组数据，发现叶片中的三类主要细胞类型（表皮细胞，EPI；叶肉细胞，MES；维管细胞，VAS）在衰老过程中具有高度的整体协同性和不同细胞间的异质性，并基于此创新性地提出了单细胞水平量化细胞衰老状态的指标：SAG-index和YAG-index。SAG-index和YAG-index分别是根据在三类主要细胞中发育后期高表达的衰老相关基因及在发育早期高表达的年轻相关基因计算得到的。基于SAG-index和YAG-index，研究团队成功在单细胞水平对叶片衰老状态进行了量化，并对衰老的起始和进程进行了划分。通过对已发表常规转录组数据的分析，进一步验证了这两个指标可用来反映多器官的发育、细胞的分化及对胁迫条件的响应，在其它植物物种中也同样适用。这些重要的成果将植物衰老研究提升到了单细胞水平，为后续从多维度解析衰老相关分子机制提供了强有力的理论支持。

最终，研究团队利用单核测序技术构建了覆盖拟南芥全生命周期的表达图谱，为植物功能研究提供了重要的转录组资源，同时创新性地将植物衰老研究提升到单细胞水平，为解析关键衰老调控网络和精准调控植物性状提供了重要的理论支持，也为单细胞测序在植物科学领域的研究提供了新的研究范式和应用前景。

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