JIA | 华南农业大学基于茎尖单核与空间转录组图谱揭示枇杷营养生长向生殖生长转换的关键机制‌

枇杷（Eriobotrya japonica）作为蔷薇科枇杷属的重要亚热带常绿果树，其开花习性与大多数蔷薇科果树显著不同：并非在春季开花，而是独特地集中于秋冬季。这一特性暗示枇杷可能具备独特的开花调控机制。然而，由于枇杷属于多年生木本果树，其开花机制研究面临更大挑战。单细胞核RNA测序（snRNA-seq）和空间转录组测序（stRNA-seq）能够在细胞层面精确解析基因表达动态，为发育调控机制研究提供重要技术优势。然而，针对多年生木本果树的单核及空间转录组研究目前仍较为有限。

近期，华南农业大学枇杷团队在Journal of Integrative Agriculture发表了题为A single-nucleus and spatial transcriptomic atlas of the shoot apex reveals insights into the vegetative-to-reproductive transition in loquat的研究论文。该研究构建了首个枇杷茎尖单细胞（单核）和空间转录组图谱，揭示了枇杷在成花过程中从营养生长向生殖生长转变的转录调控基础。

枇杷茎尖细胞注释

该研究以枇杷花芽分化前和花芽分化起始阶段的茎尖为研究对象，利用snRNA-seq技术将42,546个高质量细胞核划分为22个细胞亚群，归属于七大细胞类型。利用拟时序分析重构了细胞发育轨迹，揭示其呈现出向外部和内部组织分化的分支模式，并识别出与细胞分化动态相关的关键基因。通过比较花芽分化前与启动阶段的转录组，共检测到3,329个差异表达基因，其中包括67个拟南芥成花基因的同源基因，以及可能在多年生木本果树中具有特异性的重要调控基因。其中，表皮层细胞与茎尖分生组织细胞展现出最为显著的转录组重塑，凸显了这两类细胞在花芽分化启动过程中的核心地位。此外，研究还预测了43个关键候选基因（如EjCRY2与EjAGL79），它们均位于细胞发育轨迹的关键分支点，可能在细胞命运决定中发挥关键作用，并参与了以光周期和昼夜节律为主导的调控网络。空间转录组分析结果与单核转录组数据高度吻合，进一步验证了表皮及茎尖分生组织等关键区域的细胞类型鉴定。

参与枇杷花芽分化起始的候选基因分析

综上，该研究不仅为枇杷及其他果树的单细胞与空间转录组研究提供了宝贵的可用于细胞类型鉴定的标记基因与数据资源，其所鉴定的候选基因有助于未来深入解析枇杷花芽分化启动的分子机制，并为通过分子育种手段定向调控枇杷开花与结果时间提供了潜在靶点。

图6 snRNA-seq与空间转录组的整合分析及交叉验证

华南农业大学园艺学院博士生赵崇斌、硕士生黄家乐和韶关学院蒋园园副教授为共同第一作者，华南农业大学园艺学院彭泽副教授、杨向晖教授和胡桂兵教授为共同通讯作者，福建省农业科学院苏文炳副研究员和华南农业大学林顺权教授对研究提供了指导。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、福建省农业科学院对外合作项目、广东省粤北食药资源利用与保护重点实验室开放课题等项目资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311925003624