盐生植物具有在盐碱地上正常发育完成生活史的优势，其中泌盐盐生植物具有盐腺这一特化的表皮结构，可将体内多余的盐分排出从而适应高盐环境。二色补血草是典型的泌盐盐生植物，其叶片表皮的盐腺结构可以将Na+直接排出体外，已完成了基因组测序及注释工作。而盐腺的发育机制和泌盐机制尚不清楚。因此，揭秘泌盐盐生植物二色补血草盐腺的复杂发育调控机制尤其重要。
近日，山东师范大学王宝山/袁芳课题组和中国科学院东北地理与农业生态研究所李伟强团队在Plant Physiology线发表了题为“Global dynamics and cytokinin participation of salt gland development trajectory in recretohalophyte Limonium bicolor”的研究论文，建立了一种快速的提取分离幼嫩叶片原生质体的方法，构建了首个泌盐盐生植物二色补血草幼叶的单细胞水平图谱，描绘了盐腺的发育轨迹，并推断了与盐腺发育命运决定相关的基因表达特征，为探究盐生植物的耐盐分子机制，培育抗盐碱作物提供了参考。
该研究利用单细胞RNA测序( scRNA-Seq )技术，以盐腺发育时期的叶片为材料，通过原生质体分离、单细胞测序和细胞特异性组织分离，最终基于精确的空间转录本，描绘了二色补血草幼叶细胞的发育轨迹，并通过特征基因的原位杂交证据推断了与盐腺细胞命运决定相关的基因表达特征。有趣的是，意外发现了细胞分裂素参与盐腺发育。因此，对二色补血草外源施加细胞分裂素（6-苄氨基嘌呤）处理后，再次对盐腺发育起始阶段的叶片进行了单细胞转录组测序，与对照组结果进行比较。根据细胞注释及筛选，聚焦到5个与盐腺发育相关的亚群，定义了盐腺发育相关基因的发育轨迹（图2）：亚群8、4或6到亚群3和1的盐腺特异性分化轨迹。
图1 二色补血草幼叶细胞群的鉴定
图2 二色补血草盐腺发育轨迹
此外，该研究验证了TRIPTYCHON（LbTRY）参与盐腺发育的发育，LbTRY分别与Lb7G34824、GLABROUS INFLORESCENCE STEMS 2（LbGIS2）互作，它们共同调节细胞分裂素代谢和信号转导相关基因的表达，如CYTOKININ OXIDASE 5，以维持盐腺发育过程中细胞分裂素的稳态（图3）。总之，该研究提供了scRNA-seq在盐生植物中的应用实例，揭示了泌盐盐生植物二色补血草盐腺的复杂发育调控。
图3 LbTRY参与盐腺发育的模型
山东师范大学生命科学学院、东营研究院的王宝山教授、袁芳教授和中国科学院东北地理与农业生态研究所李伟强教授为论文通讯作者，南方科技大学朱健康院士对本研究提供了修改建议和技术支持。山东师范大学生命科学学院在读博士生赵博庆、已毕业硕士研究生高雅茹为共同第一作者，在读博士生王茜、在读硕士生马秋雨参与了论文工作。该研究获得国家自然科学基金项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae199
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