河北农业大学赵建军团队揭示白菜根毛特异性响应盐胁迫的转录图谱和调控网络

植物在整个生命周期中会受到各种各样的生物和非生物胁迫，对植物生长产生严重影响，其中盐胁迫是全球范围内影响农作物产量的重要非生物胁迫因子之一。白菜[ Brassica campestris (syn. Brassica rapa) ssp. chinensis]作为我国重要叶用蔬菜作物，以其甜美多汁、营养丰富的茎叶为主要食用器官，其生长周期短、适应性强，是最受大众喜爱的叶用蔬菜之一。目前，有关白菜的研究主要集中在组织器官整体水平描述，各细胞型特异性响应盐胁迫的分子机制还鲜为人知。

近日，河北农业大学赵建军团队在植物领域知名期刊New Phytologist以全文的形式在线发表了题为Single-cell multiome reveals root hair-specific responses to salt stress的研究论文，揭示了白菜根毛特异性响应盐胁迫的转录图谱和调控网络。

该研究首次在单细胞水平解析了白菜根尖细胞应对高盐胁迫的特异性响应机制，绘制了高质量的单细胞转录图谱和染色质可及性图谱，并结合空间转录组及原位杂交试验完成了根尖细胞分型及注释，定义了新的细胞类型特异性标记基因。构建了根尖细胞类型特异性响应高盐的转录调控网络，揭示了盐胁迫下植物根尖的细胞异质性和分化轨迹，发现根毛是对高盐胁迫最敏感的细胞群。随后研究人员结合团队前期发表的拟南芥根尖渗透胁迫单细胞数据，率先进行跨物种拟时间分析,发现高盐和渗透胁迫都以相似的方式抑制分化中的根毛向成熟根毛的转变，导致根毛无法行使环境响应及离子吸收的功能。非生物胁迫影响植物生理的许多方面，其中一些变化是非适应性反应，仅反应胁迫源引起的伤害。拟南芥和白菜的单细胞联合分析表明根毛在高盐、渗透胁迫下的发育是一种非适应性反应，失去了重要的生理功能，这是高盐、渗透胁迫对植物伤害的重要途径之一。该研究结果不仅为非生物胁迫下根毛发育的研究提供了新颖的见解，同时也为未来耐盐设计育种中考虑根毛形态的可塑性提供了理论依据。

图1 不同非生物胁迫对十字花科植物根毛的保守性影响是抑制分化中的根毛向成熟根毛的转变。

随后研究人员进一步解析了盐胁迫影响不结球白菜根毛铁吸收的机制：盐胁迫通过抑制根毛发育，导致成熟根毛特异基因 BcIRT2表达降低,根系对铁的吸收能力下降，BcIRT2 基因沉默突变体叶片黄化,根毛铁含量降低,对盐胁迫更敏感。

综上所述，该研究不仅为植物根响应高盐、渗透胁迫的机制提供了新颖的理论依据,并且为不结球白菜耐盐设计育种提供了重要思路和基因资源。

河北农业大学赵建军教授、马卫教授、华大生命科学研究院刘心研究员为本文的通讯作者。河北农业大学副教授刘青，华大生命科学研究院研究员康靖民，华大生命科学研究院博士生杜琳，苏州农科院研究员刘照坤为论文的共同第一作者。该工作得到北京格致博雅生物科技李尚桐博士的支持和帮助。该研究得到国家自然科学基金、河北省自然科学基金资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1111/nph.70160