近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病毒病害監(jiān)測與防控創(chuàng)新團(tuán)隊在《植物生物技術(shù)》（Plant Biotechnology Journal）期刊上在線發(fā)表了題為“Differentiation Trajectory of Virus-Induced Tumour Cells in Rice Revealed by Single-Cell RNA Sequencing”的研究論文。該研究通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序揭示了水稻在感染黑條矮縮病毒（RBSDV）后，維管組織薄壁細(xì)胞異常發(fā)育形成腫瘤細(xì)胞的分化軌跡；解析了RBSDV影響寄主細(xì)胞發(fā)育進(jìn)程導(dǎo)致癥狀形成的機(jī)理，為深入研究植物病毒改變寄主細(xì)胞發(fā)育進(jìn)程而致病的分子機(jī)制提供了重要的數(shù)據(jù)資源。
植物病毒往往通過改變寄主的細(xì)胞分化造成植株矮化、葉片卷曲等病癥。黑條矮縮病毒是水稻生產(chǎn)上面臨的重要病原，主要在寄主的韌皮部內(nèi)進(jìn)行增殖，其發(fā)病癥狀主要表現(xiàn)為植株矮小、沿葉脈產(chǎn)生黑色條紋狀凸起。然而，病毒如何改變寄主的細(xì)胞發(fā)育軌跡進(jìn)而導(dǎo)致癥狀出現(xiàn)的機(jī)制尚不清楚。
本研究通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對感染和未感染RBSDV的水稻葉鞘進(jìn)行分析，繪制了含有12種細(xì)胞類型的水稻葉鞘單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜。在感染RBSDV后，水稻葉鞘中薄壁細(xì)胞和維管組織薄壁細(xì)胞的變化最大，主要表現(xiàn)為細(xì)胞數(shù)目的增加和差異表達(dá)基因數(shù)量的增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)感染RBSDV的水稻維管組織細(xì)胞沿著韌皮部向外擴(kuò)張，并形成腫瘤細(xì)胞；原位雜交實(shí)驗觀察到病毒位于腫瘤細(xì)胞內(nèi)。擬時序分析結(jié)果表明腫瘤細(xì)胞分化來源于維管組織薄壁細(xì)胞；在腫瘤細(xì)胞分化產(chǎn)生過程中，參與DNA復(fù)制、核小體組裝和染色質(zhì)重塑等生物學(xué)過程的基因顯著上調(diào)，而參與光合作用及能量代謝等過程的相關(guān)基因表達(dá)被顯著抑制，其中調(diào)控光合作用分子模塊DGP1-GLK1-LHCBs在腫瘤形成過程中明顯受到抑制。此外，研究鑒定到一個茉莉酸誘導(dǎo)的病程相關(guān)基因JiPR10在RBSDV誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞中特異性表達(dá)，并通過抑制腫瘤細(xì)胞的形成和病毒積累增強(qiáng)寄主抗病性。該研究首次揭示了水稻感染病毒后在單細(xì)胞水平上的基因表達(dá)變化，為植物病毒致病機(jī)制研究提供了新的思路和數(shù)據(jù)資源。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士后吳楠和博士生甘璐為論文的共同第一作者，靳懷冰研究員為論文的通訊作者，植保所畢業(yè)碩士生索青青、劉文文副研究員、王錫鋒研究員和河北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊菲副研究員參與了相關(guān)工作。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。
圖：感染RBSDV后，水稻維管組織薄壁細(xì)胞發(fā)育形成腫瘤細(xì)胞的分化軌跡
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70267
