由美國康奈爾大學農(nóng)業(yè)學院和生命科學綜合植物科學學院開展的研究，揭示了玉米干細胞基因表達模式在指導莖發(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《美國國家科學院院刊》上。

在植物發(fā)育的早期階段，細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胞、器官和組織都存在于一個干細胞池中，干細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中保持多能干細胞（pluripotent stem cells）的種群，這些細胞不斷產(chǎn)生新的地上器官。研究人員利用單細胞RNA測序（scRNA-seq）來實現(xiàn)玉米芽干細胞生態(tài)位及其分化細胞后代轉(zhuǎn)錄景觀的無偏表征。位于SAM尖端的干細胞參與基因組完整性的維持，并表現(xiàn)出較低的細胞分裂率，這與它們對種系和體細胞命運的貢獻一致。研究人員還利用軌跡推斷追蹤了伴隨細胞分化的基因表達變化，結(jié)果表明KNOTTED1（KN1）的異位表達加速了細胞分化，促進了玉米葉鞘基部的發(fā)育。這些對莖尖的單細胞轉(zhuǎn)錄組學分析有助于深入了解玉米幼苗中干細胞功能和細胞命運獲得的過程，并為在細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，美國國家科學基金會（NSF）的植物基因組研究項目向該課題負責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)育的基本機制。

來源：PNAS、Cornell CALS