11月8日，我校生命科學(xué)學(xué)院王文琴團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巫永睿團(tuán)隊(duì)在Nature Communications在線發(fā)表題為“Spatial transcriptomics uncover sucrose post-phloem transport during maize kernel development”的研究文章。該研究首次利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示了玉米籽粒灌漿期的關(guān)鍵細(xì)胞亞群以及儲(chǔ)藏物質(zhì)合成和積累調(diào)控的空間特征。

玉米是全世界種植最廣泛且最高產(chǎn)的作物之一，年平均產(chǎn)量高達(dá)10億噸。玉米籽粒是一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)，由多達(dá)數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞組成，包括來自母體的二倍體種皮，子代基因型的三倍體胚乳以及二倍體的胚組成。構(gòu)成這三種組織器官的細(xì)胞在種類和功能上各不相同，但它們相互協(xié)調(diào)，形成獨(dú)特的微環(huán)境，以維持不同類型的細(xì)胞數(shù)量，構(gòu)成有時(shí)空差異的功能分區(qū)。由于缺乏擁有空間信息的基因表達(dá)譜，研究者對(duì)每個(gè)細(xì)胞群體的具體功能了解非常有限，也制約了籽粒優(yōu)良基因的挖掘。

因此，王文琴和巫永睿團(tuán)隊(duì)對(duì)玉米籽粒灌漿期進(jìn)行了顯微切片和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，不僅實(shí)現(xiàn)了高通量可視化所有基因的電子原位雜交圖譜，也鑒定了11個(gè)細(xì)胞群和332個(gè)分子標(biāo)記基因，繪制真正的“玉米籽粒電子原位雜交”和“分子細(xì)胞學(xué)”圖譜。此外，我們還系統(tǒng)構(gòu)建了籽粒灌漿時(shí)各個(gè)組織功能區(qū)發(fā)生的關(guān)鍵事件（信號(hào)傳導(dǎo)，營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸，蛋白、淀粉、脂類合成和存儲(chǔ)等）和全局基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖，全面挖掘知之甚少的在信號(hào)傳導(dǎo)和營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸上發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵基因，通過探索它們的生物學(xué)功能，為提升玉米產(chǎn)量和品質(zhì)提供新的基因資源。

實(shí)驗(yàn)原位雜交和電子原位雜交對(duì)比圖

上海師范大學(xué)碩士生肖文昕、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生符語昕為本文的共同第一作者，上海師范大學(xué)王文琴教授和中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巫永睿研究員為本文共同通訊作者。上海師范大學(xué)碩士生田浪和吳興國(guó)，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生郭亮星、馬光近、冀晨、副研究員王婕琛和研究員王海海，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)黃永財(cái)教授、楊桃教授和王際睿教授也參與了合作。本研究得到“十四五”重大研發(fā)計(jì)劃（2022YFF1003302）和國(guó)家自然科學(xué)基金（王文琴32072008和32372068，巫永睿31830063和31925030）的資助。

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（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）