JGG｜刘阳团队构建地钱有性生殖结构的高分辨率细胞图谱

苔藓植物(包括苔类、藓类和角苔类)是植物陆地化过程中最早适应陆地环境的植物类群之一。地钱作为典型的苔类代表，是探究植物有性生殖起源与演化的理想模型。尽管其生殖结构相对简单，却完整承载了精子发生、受精和孢子体发育等核心生殖过程。然而，由于其细胞类型复杂且缺乏高分辨率表达谱数据，其核心生殖过程中细胞分化及功能调控的分子机制仍不清晰。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表武汉华大生命科学研究院/深圳市中国科学院仙湖植物园刘阳团队题“Transcriptomic landscape of Marchantia polymorpha sexual organs at single-nucleus resolution”的研究论文。该研究利用单细胞核转录组测序技术，构建了地钱有性生殖器官的高分辨率细胞图谱，系统揭示了其精子发生、孢子体形成及孢粉素合成等关键过程的细胞特征与分子调控基础。

该研究利用DNBelab C4平台成功构建了地钱有性生殖结构在单细胞分辨率下的转录组图谱，解析了雄托、雌托及孢子体的细胞组成。研究揭示了从早期精原细胞到成熟精子的连续发育轨迹，并识别出与细胞周期、染色质重塑和钙信号传导相关的关键基因模块。通过共表达网络分析，进一步阐明了孢子体中基足细胞、孢子囊壁细胞和弹丝等细胞类型在孢粉素合成、细胞壁构建及孢子保护等过程中的功能分化。跨物种比较结果显示，地钱的孢子囊壁细胞在功能上与被子植物花药绒毡层细胞相似，而基足细胞则作为连接配子体与孢子体的关键枢纽，承担物质运输与发育调控的重要角色。该研究为深入理解早期陆生植物有性生殖的细胞基础与演化机制提供了重要参考。

地钱有性生殖结构的单细胞核转录组图谱

A: 地钱有性生殖结构的单细胞核转录组图谱构建流程图;B: 雄性样本18个细胞簇的UMAP可视化;C: 雌性样本26个细胞簇的UMAP可视化。

作者简介

中国科学院大学生命科学学院与武汉华大生命科学研究院联合培养博士研究生曾瑜盈为该论文第一作者。武汉华大生命科学研究院、深圳市中国科学院仙湖植物园刘阳研究员，武汉华大生命科学研究院魏桐研究员为该论文共同通讯作者。相关工作得到万种植物基因组计划和深圳市城市管理和综合执法局科研专项等项目的资助与支持。