Nature Commun | 翟继先/郭红卫/刘智剑/姜凯团队联合揭示植物多激素转录水平互作的时空异质性|互作|刘智剑|姜凯|异质性|细胞|翟继先|郭红卫

植物的生长发育和逆境适应并非由某一种激素单独控制，而是多种激素共同作用的结果。解析不同激素在何时、何处发生互作，是理解植物如何协调生长与环境响应的重要基础。然而，以往研究多聚焦于单一激素或少数激素组合，传统整体转录组分析还会平均不同细胞类型的表达信号，难以揭示激素互作的时空异质性。

近日，南方科技大学翟继先、郭红卫、东北师范大学刘智剑及云南大学姜凯等多个课题组合作在Nature Communications发表了题为Cell-type Specific Early Perception of Nine Phytohormones Revealed by Single-nucleus Transcriptomics in Arabidopsis的研究论文。该研究在统一实验体系下构建了约50万个细胞核规模的拟南芥九种植物激素早期响应图谱，系统揭示了植物激素转录响应及互作的时间动态和细胞类型特异性。

研究团队对7日龄拟南芥幼苗进行九种主要植物激素处理，并在0.5小时和3小时开展单核RNA测序，共构建40个文库，获得498,376个高质量细胞核，覆盖根和地上部主要细胞类型。研究表明，超过30%的细胞类型特异性差异表达基因及部分相关生物学通路会被掩盖，说明单细胞分辨率是解析激素转录响应与互作的重要前提。

基于该图谱，研究团队首先比较了九种激素各自的响应动态。多数激素在0.5小时引发较强的早期转录响应，随后逐渐减弱；茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）和脱落酸（ABA）的响应则在3小时更加持续和广泛。不同激素间的转录水平互作总体在0.5小时较强，但JA、SA和ABA相关响应的共享程度在3小时最为突出，由此成为进一步分析的重点。

在此基础上，代谢通路分析显示，JA、SA和ABA之间的交叉调控并不对称，并在激素合成与降解或失活等环节表现出时空异质性。三种激素的单独、两两及三重组合处理进一步鉴定出数百个非加性响应基因并且三激素非加性响应还呈现由早期诱导向后期抑制转变的趋势，揭示了三者转录互作的动态性与复杂性。

这种转录互作模式在不同细胞类型中也存在明显差异。地上部多数细胞具有较强的多激素响应共享模式，而保卫细胞中JA、SA和ABA响应基因的重叠程度显著区别于其他细胞类型，提示其可能具有独特的激素信号整合机制。围绕这一现象，研究人员鉴定出SA诱导的保卫细胞特异性MYB60调控模块，其中包含多个ABA相关气孔调控相关基因。与野生型相比，myb60突变体在SA诱导气孔关闭后重新开放明显延迟，相关基因对SA的响应也随之减弱。这些结果支持MYB60可能借助ABA相关通路促进SA处理后的气孔恢复，从而协调植物防御与气体交换。该研究建立的多激素单核转录组图谱已整合至在线数据平台（https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/single_cell_hormone/），为研究植物激素互作提供了重要资源。

图2.单细胞分析发现MYB60介导SA–ABA相互作用调控气孔运动

刘智剑、李卓雯、王玉卓和龙艳萍为共同第一作者，郭红卫、姜凯和翟继先为共同通讯作者。郭红卫课题组赵泓铭同学、翟继先课题组秦雨薇博士和朱鑫龙同学参与了该研究工作。研究开展期间，西南大学肖月华研究员、云南大学陈小兰教授提供了重要帮助。该研究获得国家自然科学基金、广东省基础研究重大项目、中央高校基本科研业务费等项目资助。