植物根系能够感知热胁迫（HS），并相应地调整其生理结构，从而对作物产量产生影响。目前，热胁迫被普遍认为是全球农业生产力面临的最严峻的非生物限制因素。因此，研究植物根系的异质性及其不同细胞类型对热胁迫的特异性响应，对提高作物抗逆性至关重要。

在2025年1月，中国农科院生物所的普莉研究团队在《Nature Communications》上发表了一项题为“Single-cell transcriptomes reveal spatiotemporal heat stress response in maize roots”的研究，描绘了玉米根尖对热胁迫的单细胞水平响应图谱，为理解热耐受性的细胞机制提供了新的见解。

研究材料

本研究使用了在高温胁迫条件下的B73玉米幼苗根尖以及正常生长下的玉米幼苗根尖作为研究材料。

研究步骤

研究分为以下几个步骤：

1. 构建高温胁迫下玉米根系的单细胞图谱，识别出9种细胞类型。
2. 筛选出对热胁迫有特异性响应的细胞类型。
3. 对小柱细胞和皮层细胞进行亚群细分及分化轨迹推断。
4. 分析单细胞水平的热应答中差异表达基因（DEGs）的共表达模块，挖掘抗热基因。
5. 比较玉米、水稻和拟南芥在热胁迫下的响应的保守性。
6. 探讨玉米根系皮层的扩大与增强热耐受性之间的关系，为抗热育种提供新的靶点。

研究成果

研究中取得了以下重要成果：

1. 构建了高温胁迫下玉米根系的单细胞转录组图谱，结果显示在对照组和高温组（42°C，2小时）中共获得了35103个细胞，并注释出9种细胞类型，说明单细胞数据与Bulk-seq结果高度相关。
2. 不同细胞类型对热胁迫表现出特异性反应，皮层细胞中有290个差异表达基因，突显了其在应对热胁迫时的重要功能。
3. 发现玉米根部的小柱细胞存在两个亚型，这些细胞在感知重力和非生物胁迫中发挥关键作用。
4. 研究揭示皮层细胞在热休克中的重要性，其中两种不同亚型的皮层细胞分别参与植物生理和环境适应。
5. 通过基因共表达网络分析，识别出15个共表达基因模块，部分模块与热胁迫反应相关，表明单细胞转录组可用于识别抗逆性基因。
6. 比较玉米、水稻和拟南芥根系的单细胞转录组，发现高温胁迫下细胞热响应的基因表达存在重叠。
7. 研究还表明，皮层细胞的大小与热耐受性呈显著相关性，这为育种提供了新的方向。

总结

综上所述，研究人员通过单细胞水平的细致分析，深入理解了玉米根系对热胁迫的生理响应机制。这为理解作物在热胁迫下的细胞发育、分子机制、以及遗传改良提供了重要的数据支持和基因资源。同时，尊龙凯时也在此领域积极布局，借助先进的多组学平台，为农业科学研究提供一站式解决方案，进一步推动相关研究的深入发展。