近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所作物病毒病害監(jiān)測與防控創(chuàng)新團隊在《植物生物技術》（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。該研究通過單細胞轉錄組測序揭示了水稻在感染黑條矮縮病毒（RBSDV）后，維管組織薄壁細胞異常發(fā)育形成腫瘤細胞的分化軌跡；解析了RBSDV影響寄主細胞發(fā)育進程導致癥狀形成的機理，為深入研究植物病毒改變寄主細胞發(fā)育進程而致病的分子機制提供了重要的數據資源。
植物病毒往往通過改變寄主的細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上面臨的重要病原，主要在寄主的韌皮部內進行增殖，其發(fā)病癥狀主要表現為植株矮小、沿葉脈產生黑色條紋狀凸起。然而，病毒如何改變寄主的細胞發(fā)育軌跡進而導致癥狀出現的機制尚不清楚。
本研究通過單細胞轉錄組測序技術對感染和未感染RBSDV的水稻葉鞘進行分析，繪制了含有12種細胞類型的水稻葉鞘單細胞轉錄圖譜。在感染RBSDV后，水稻葉鞘中薄壁細胞和維管組織薄壁細胞的變化最大，主要表現為細胞數目的增加和差異表達基因數量的增加。進一步研究發(fā)現感染RBSDV的水稻維管組織細胞沿著韌皮部向外擴張，并形成腫瘤細胞；原位雜交實驗觀察到病毒位于腫瘤細胞內。擬時序分析結果表明腫瘤細胞分化來源于維管組織薄壁細胞；在腫瘤細胞分化產生過程中，參與DNA復制、核小體組裝和染色質重塑等生物學過程的基因顯著上調，而參與光合作用及能量代謝等過程的相關基因表達被顯著抑制，其中調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的病程相關基因JiPR10在RBSDV誘導的腫瘤細胞中特異性表達，并通過抑制腫瘤細胞的形成和病毒積累增強寄主抗病性。該研究首次揭示了水稻感染病毒后在單細胞水平上的基因表達變化，為植物病毒致病機制研究提供了新的思路和數據資源。
中國農業(yè)科學院植物保護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業(yè)科學院楊菲副研究員參與了相關工作。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和中國農科院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。
圖：感染RBSDV后，水稻維管組織薄壁細胞發(fā)育形成腫瘤細胞的分化軌跡
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70267
