近日，西南大学农学与生物科技学院吕典秋课题组在Plant Biotechnology Journal上发表题为Transcription profiling of potato leaves in response to heat stress at single-cell resolution的研究论文。该研究首次在单细胞水平解析了马铃薯细胞对热胁迫的特异性响应机制，绘制了一个包含超过77,000个有效细胞的单细胞时空转录图谱，构建了细胞类型特异性响应高温的转录调控网络，揭示了热胁迫下植物叶片的细胞异质性和分化轨迹，鉴定了马铃薯叶片对热胁迫响应的关键核心基因，发现表皮细胞是应对热胁迫的关键细胞群，为培育耐高温马铃薯种质提供了新的策略和靶点。

马铃薯是具有重要营养和经济价值的全球性粮食作物。热胁迫显著抑制马铃薯植株生长与块茎发育，制约着马铃薯产业的可持续发展。本研究通过单细胞转录组测序技术描绘了首个马铃薯叶片在热胁迫下的单细胞转录图谱，鉴定了21个细胞簇和6种主要细胞类型，并在异质性细胞群中发现了马铃薯的全新细胞类型特异性标记基因。通过单细胞拟时分析发现表皮细胞是热应激响应的关键细胞类型，其差异表达基因数量最多；而维管细胞位于伪时间轨迹的过渡区，可能参与细胞分化过程。通过整合批量RNA测序数据，构建了热应激响应共表达网络，鉴定出12个核心转录因子，并进一步通过实验验证热胁迫显著诱导StPIF4表达。功能研究表明，StPIF4通过增强活性氧清除能力显著提高马铃薯耐热性。本研究从细胞层面揭示了马铃薯适应热胁迫的机制。

荐红举副教授和吕典秋教授为通讯作者，2023级博士研究生文诗琪、2024级博士研究生王克及2024级硕士研究生梁雯倩为共同第一作者。本研究由国家自然科学基金(32101659)、国家重点研发计划(2022YFD1201600)、重庆市技术创新与应用发展重大专项(CSTB2022TIAD-CUX0012)、重庆市现代农业产业技术体系(CQMAITS202503)、重庆市自然科学基金(CSTB2024NSCQ-MSX0754)及中央高校基本科研业务费(SWU-KF25037)项目资助。

论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70546

图2. 马铃薯叶片细胞类型的鉴定

图6. 单细胞分辨率下马铃薯叶片对HT胁迫的转录共表达网络

初审：郑莉佳

复审：吕典秋

终审：刘秋艳