JGG｜四川大學等團隊合作構建楊樹葉片高分辨率空間細胞圖譜

楊樹作為重要的模式木本植物，在林業生產、生物能源和生態修復中占據核心地位。其葉片近遠軸極性不僅決定形態平展性，更直接調控光合效率與環境適應能力；而由角質(cutin)和蠟質(wax)組成的角質層，則是植物抵御干旱、紫外線及病原菌的第一道天然屏障。盡管HD-ZIP III、KANADI等經典轉錄因子在極性建立中的作用已被廣泛闡明，但不同空間位置細胞如何實現功能分化以及該分化與轉錄代謝途徑的協同機制，目前在單細胞分辨率水平仍缺乏系統解析。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表四川大學生命科學學院馬濤團隊與西南大學、武漢華大生命科學研究院等單位合作題為“A single-nucleus and spatial transcriptomic atlas of poplar leaves reveals the regulation of leaf polarity, and cuticular wax and cutin deposition” 的研究論文。該研究構建了楊樹葉片的高分辨率空間單細胞圖譜，揭示了近遠軸極性在轉錄和代謝層面的調控機制，并鑒定關鍵轉錄因子MYC2b參與近軸角質層沉積的調控。

研究團隊以新疆楊(Populus alba var. pyramidalis)為材料，整合14,624個單細胞核與8788個空間擬細胞數據，共鑒定包括葉片、表皮、維管、厚角和增殖細胞五個主要細胞類群。進一步亞型分析顯示，近遠軸的表皮和葉肉細胞亞型存在顯著轉錄差異：近軸側細胞富集苯丙烷/類黃酮生物合成途徑相關基因，而遠軸側細胞則偏好應激與激素信號通路。通過共表達網絡與調控元件富集分析，研究鑒定到MYC2b作為近軸調控網絡的關鍵轉錄因子。功能驗證實驗顯示，MYC2b過表達植株具有更厚的近軸側角質層、更強的保水能力及更低的水分散失速率，而myc2雙突變體則表現出相反趨勢。MYC2b通過直接激活脂質合成與轉運相關基因(如KCS6、CER10、LTPG1等)，促進角質和蠟質的積累，從而增加葉片上表皮角質層厚度。CUT&Tag-seq進一步證實MYC2b直接結合CER10、LTPG1等關鍵基因的啟動子(E-box基序)，激活角質和蠟質生物合成及轉運。

楊樹葉片的單細胞核與空間轉錄組整合圖譜

綜上所述，該研究通過多組學整合分析，系統解析了楊樹葉片近遠軸極性下角質層的空間異質性調控機制，明確了MYC2b作為茉莉酸信號組分直接參與葉片的極性蠟質與角質素沉積，為理解木本植物器官極性與環境適應提供了新證據。

作者簡介

四川大學博士研究生李依玲、西南大學博士研究生孔令飛和武漢華大生命科學研究院郭興博士為該論文共同第一作者。四川大學馬濤教授、姜淵忠研究員和武漢華大生命科學研究院魏桐研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。