杨树作为重要的模式木本植物，在林业生产、生物能源和生态修复中占据核心地位。其叶片近远轴极性不仅决定形态平展性，更直接调控光合效率与环境适应能力；而由角质(cutin)和蜡质(wax)组成的角质层，则是植物抵御干旱、紫外线及病原菌的第一道天然屏障。尽管HD-ZIP III、KANADI等经典转录因子在极性建立中的作用已被广泛阐明，但不同空间位置细胞如何实现功能分化以及该分化与转录代谢途径的协同机制，目前在单细胞分辨率水平仍缺乏系统解析。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表四川大学生命科学学院马涛团队与西南大学、武汉华大生命科学研究院等单位合作题为“A single-nucleus and spatial transcriptomic atlas of poplar leaves reveals the regulation of leaf polarity, and cuticular wax and cutin deposition” 的研究论文。该研究构建了杨树叶片的高分辨率空间单细胞图谱，揭示了近远轴极性在转录和代谢层面的调控机制，并鉴定关键转录因子MYC2b参与近轴角质层沉积的调控。
研究团队以新疆杨(Populus alba var. pyramidalis)为材料，整合14,624个单细胞核与8788个空间拟细胞数据，共鉴定包括叶片、表皮、维管、厚角和增殖细胞五个主要细胞类群。进一步亚型分析显示，近远轴的表皮和叶肉细胞亚型存在显著转录差异：近轴侧细胞富集苯丙烷/类黄酮生物合成途径相关基因，而远轴侧细胞则偏好应激与激素信号通路。通过共表达网络与调控元件富集分析，研究鉴定到MYC2b作为近轴调控网络的关键转录因子。功能验证实验显示，MYC2b过表达植株具有更厚的近轴侧角质层、更强的保水能力及更低的水分散失速率，而myc2双突变体则表现出相反趋势。MYC2b通过直接激活脂质合成与转运相关基因(如KCS6、CER10、LTPG1等)，促进角质和蜡质的积累，从而增加叶片上表皮角质层厚度。CUT&Tag-seq进一步证实MYC2b直接结合CER10、LTPG1等关键基因的启动子(E-box基序)，激活角质和蜡质生物合成及转运。
杨树叶片的单细胞核与空间转录组整合图谱
综上所述，该研究通过多组学整合分析，系统解析了杨树叶片近远轴极性下角质层的空间异质性调控机制，明确了MYC2b作为茉莉酸信号组分直接参与叶片的极性蜡质与角质素沉积，为理解木本植物器官极性与环境适应提供了新证据。
作者简介
四川大学博士研究生李依玲、西南大学博士研究生孔令飞和武汉华大生命科学研究院郭兴博士为该论文共同第一作者。四川大学马涛教授、姜渊忠研究员和武汉华大生命科学研究院魏桐研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。
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