美国植物生物学家揭示玉米发育中的遗传模式

由美国康奈尔大学农业学院和生命科学综合植物科学学院开展的研究，揭示了玉米干细胞基因表达模式在指导茎发育过程中作用。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日发表在《美国国家科学院院刊》上。

在植物发育的早期阶段，细胞被赋予特定的功能，它们以高度有序的方式生长。成株植物地上部分的所有细胞、器官和组织都存在于一个干细胞池中，干细胞池存在于一种称为茎尖分生组织（SAM）的结构中。

植物在SAMs中保持多能干细胞（pluripotent stem cells）的种群，这些细胞不断产生新的地上器官。研究人员利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）来实现玉米芽干细胞生态位及其分化细胞后代转录景观的无偏表征。位于SAM尖端的干细胞参与基因组完整性的维持，并表现出较低的细胞分裂率，这与它们对种系和体细胞命运的贡献一致。研究人员还利用轨迹推断追踪了伴随细胞分化的基因表达变化，结果表明KNOTTED1（KN1）的异位表达加速了细胞分化，促进了玉米叶鞘基部的发育。这些对茎尖的单细胞转录组学分析有助于深入了解玉米幼苗中干细胞功能和细胞命运获得的过程，并为在细胞水平上更好地剖析植物茎形态发生的遗传控制提供有价值的支撑。

2020年，美国国家科学基金会（NSF）的植物基因组研究项目向该课题负责人提供了一笔为期五年、价值180万美元的资助，用于研究玉米发育的基本机制。

来源：PNAS、Cornell CALS