枇杷（Eriobotrya japonica）作為薔薇科枇杷屬的重要亞熱帶常綠果樹，其開花習性與大多數(shù)薔薇科果樹顯著不同：并非在春季開花，而是獨特地集中于秋冬季。這一特性暗示枇杷可能具備獨特的開花調(diào)控機制。然而，由于枇杷屬于多年生木本果樹，其開花機制研究面臨更大挑戰(zhàn)。單細胞核RNA測序（snRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄組測序（stRNA-seq）能夠在細胞層面精確解析基因表達動態(tài)，為發(fā)育調(diào)控機制研究提供重要技術(shù)優(yōu)勢。然而，針對多年生木本果樹的單核及空間轉(zhuǎn)錄組研究目前仍較為有限。

近期，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)枇杷團隊在Journal of Integrative Agriculture發(fā)表了題為A single-nucleus and spatial transcriptomic atlas of the shoot apex reveals insights into the vegetative-to-reproductive transition in loquat的研究論文。該研究構(gòu)建了首個枇杷莖尖單細胞（單核）和空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，揭示了枇杷在成花過程中從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)錄調(diào)控基礎(chǔ)。

枇杷莖尖細胞注釋

該研究以枇杷花芽分化前和花芽分化起始階段的莖尖為研究對象，利用snRNA-seq技術(shù)將42,546個高質(zhì)量細胞核劃分為22個細胞亞群，歸屬于七大細胞類型。利用擬時序分析重構(gòu)了細胞發(fā)育軌跡，揭示其呈現(xiàn)出向外部和內(nèi)部組織分化的分支模式，并識別出與細胞分化動態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵基因。通過比較花芽分化前與啟動階段的轉(zhuǎn)錄組，共檢測到3,329個差異表達基因，其中包括67個擬南芥成花基因的同源基因，以及可能在多年生木本果樹中具有特異性的重要調(diào)控基因。其中，表皮層細胞與莖尖分生組織細胞展現(xiàn)出最為顯著的轉(zhuǎn)錄組重塑，凸顯了這兩類細胞在花芽分化啟動過程中的核心地位。此外，研究還預(yù)測了43個關(guān)鍵候選基因（如EjCRY2與EjAGL79），它們均位于細胞發(fā)育軌跡的關(guān)鍵分支點，可能在細胞命運決定中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并參與了以光周期和晝夜節(jié)律為主導(dǎo)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?？臻g轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果與單核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)高度吻合，進一步驗證了表皮及莖尖分生組織等關(guān)鍵區(qū)域的細胞類型鑒定。

參與枇杷花芽分化起始的候選基因分析

綜上，該研究不僅為枇杷及其他果樹的單細胞與空間轉(zhuǎn)錄組研究提供了寶貴的可用于細胞類型鑒定的標記基因與數(shù)據(jù)資源，其所鑒定的候選基因有助于未來深入解析枇杷花芽分化啟動的分子機制，并為通過分子育種手段定向調(diào)控枇杷開花與結(jié)果時間提供了潛在靶點。

圖6 snRNA-seq與空間轉(zhuǎn)錄組的整合分析及交叉驗證

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士生趙崇斌、碩士生黃家樂和韶關(guān)學(xué)院蔣園園副教授為共同第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院彭澤副教授、楊向暉教授和胡桂兵教授為共同通訊作者，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘇文炳副研究員和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林順權(quán)教授對研究提供了指導(dǎo)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對外合作項目、廣東省粵北食藥資源利用與保護重點實驗室開放課題等項目資助。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311925003624