植物由各種類型細胞組成，作為一個整體發揮作用。不同植物細胞攜帶著幾乎相同的遺傳信息，其功能上的分化是由轉錄活動的程序化調節產生的，了解單細胞轉錄組的異質性將為植物生理和發育研究提供重要支撐。煙草作為一種重要的模式植物，在植物科學研究中發揮了重要作用。近日，國家煙草基因研究中心成功繪制了煙草幼苗期單細胞轉錄圖譜，相關研究論文“Single-nucleus RNA sequencing of Nicotiana tabacum seedlings reveals heterogeneity among cell types”在國際權威期刊《Industrial Crops & Products》（中科院1區，影響因子5.9）在線發表。

針對植物單細胞轉錄組分析細胞標記基因缺乏的問題，項目團隊前期開發了植物細胞標記基因數據庫PCMDB（Nucleic Acids Research，2022）。在此基礎上，該研究針對萌發后21天的煙草幼苗開展了單細胞核轉錄組測序，繪制了基因表達圖譜。研究獲得了13028個煙草細胞的基因表達數據，降維聚類后獲得29個細胞簇。利用PCMDB收集的植物細胞標記基因，鑒定出18個主要細胞類型，并針對部分細胞類型通過原位雜交進行了驗證。

煙草幼苗期單細胞轉錄圖譜

煙草幼苗期主要細胞類型分化軌跡和細胞通訊

研究表明，煙草幼苗期不同細胞的基因表達存在高度異質性，各細胞類型呈現動態發育，由一群未分化的分生組織細胞逐漸分化形成。通過對主要細胞類型進行擬時序分析，得到起始于靜止中心（Quiescent Center，QC）細胞的連續擬時序軌跡。細胞通訊分析表明，煙草幼苗地下部大多數細胞類型和QC細胞通訊最為緊密。開展了與水稻幼苗單細胞圖譜的比較分析，鑒定到大量物種細胞類型特異的基因表達模式。

該項研究是在北京生命科技研究院科技項目的資助和推動下完成的。國家煙草基因研究中心金靜靜博士為論文第一作者，曹培健博士為論文通訊作者。