陕西
责编 | 王一
木质部是地球上最丰富的生物组织，它不仅提供了机械性支撑力让树木得以耸立于地表，同时肩负将水分运输至全植物体各部位的责任；而其凋亡后形成的木材，也被大量运用在人类的日常生活中，长久以来都是人类不可或缺的重要自然资源。因此，植物到底如何调控木质部的发育，以及木质部从古至今是如何演化而来，都是植物学家们所极力探究的问题。
近日，台湾大学生命科学系暨植物科学所林盈仲副教授及其生命科学系博士生董家均、基因体与系统生物学学位学程博士生郭尚哲、植物科学研究所博士生余中合与中研院植物暨微生物学研究所顾铨助研究员团队合作在Genome Biology发表了题为Single-cell transcriptomics unveils xylem cell development and evolution的研究论文。该研究利用植物解剖学结合单细胞转录组信息，以跨物种的角度解开了植物界两百多年以来对于木质部发育和演化的谜团。
公元1900年以来，植物学家透过植物解剖学，以各式各样的切片来探索木质部中的细胞种类、细胞型态，进而推估整个木质部的发育过程。然而，静态的切片无法完整地演绎出动态的发育过程，木质部中不同外观的细胞，究竟是代表着不同的发育时期，还是不一样的细胞种类？再加上木质部被包裹在树皮之中，无法直接用肉眼观察特定细胞的发育历程，因此木质部发育的研究进展如蜗行牛步，相较于其他组织的研究落后了近20年之有。
该研究利用团队先前发表的木质部原生质体系统，抽取出分离的木质部细胞进行单细胞测序，再搭配耗时半年以上的雷射显微切割技术，透过解析各种木质部细胞的转录体，并且结合生物信息计算出细胞发育的轨迹，成功地揭开了木质部发育的谜底。
为了进一步探讨木质部的演化，团队也针对四种具有不同演化地位的木本植物进行跨物种的分析，包括核心真双子叶的毛果杨 (Populus trichocarpa) 、玫瑰桉 (Eucalyptus grandis) ，以及早期被子植物木兰类的鹅掌楸 (Liriodendron chinense) ，三者皆有三种木质部细胞：负责支撑的纤维细胞 (libriform fibers) 、输水的导管细胞 (vessel elements) ，以及横向运输养分的射线薄壁细胞 (ray parenchyma cells) ；另外也纳入原生于台湾且有 「逆演化」 之称的昆栏树 (Trochodendron aralioides) ，其虽属于真双子叶植物，但却以管胞 (tracheids) 取代纤维细胞和导管细胞的功能。本研究发现，射线薄壁细胞之发育轨迹在四个木本植物中非常相似，代表射线薄壁细胞之发育具有一定程度的演化保守性；在鹅掌楸中，纤维和导管细胞的发育路径竟不同于毛果杨和玫瑰桉；昆栏树的管胞相较于纤维细胞，其发育路径更似于导管细胞。透过跨物种的比较，本研究提供了更完整的信息，让科学家们得以一个全新的视野看待木质部的发育及演化，并期望本成果能成为相关研究领域的燃料，加速揭开木质部的神秘面纱。
原文连接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02845-1
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