Nature Plants | 四川农业大学黄琳凯团队构建以狼尾草为代表的草类植物单细胞调控研究平台——scPlantReg

四川农业大学黄琳凯研究团队聚焦狼尾草基因资源挖掘与育种利用，构建全球首个牧草（狼尾草）图形泛基因组（Yan et al., 2023 Nature Gentics, 高被引论文)，并率先开展狼尾草单细胞转录组等前沿研究(Jin et al., 2025 New Phytologist, 高被引论文)。在此基础上，近日该团队联合美国佐治亚大学和草业国家技术创新中心等单位联合创建以狼尾草为主的植物单细胞染色质可及性分析平台scPlantReg（Yan et al., 2026 Nature Plants)。该平台整合了端到端分析框架与跨物种数据库，为解析植物细胞类型特异性调控机制提供了全新工具，并收集并标准化分析已发表的单细胞染色质可及性数据，相关研究成果为牧草遗传改良开辟了新思路，为跨物种分析单细胞染色质可及性研究提供了重要范式。

基因调控机制解析是植物改良的基础，基因表达调控在植物生长发育、环境适应及农艺性状形成中起核心作用。其主要通过顺式调控元件（CREs）介导转录因子结合，决定基因表达的时空特异性，是分子育种的重要靶点。然而，CRE研究仍面临细胞类型特异性强、传统bulk测序难以解析单细胞调控动态，以及植物专属分析工具与跨物种标准缺乏等限制。随着植物scATAC-seq数据的快速积累，亟需构建标准化分析框架与整合资源，以解析调控网络并挖掘育种靶点。

在scPlantReg平台中，团队构建Socrates2单细胞ATAC-seq分析框架（9个步骤+4个下游分析步骤），覆盖数据预处理、质控、聚类及细胞类型注释等关键流程，并结合标记基因法与机器学习工具ScATACtor提升注释效率与准确性。

应用该框架分析狼尾草热胁迫及不同组织scATAC-seq数据（图1），从66,665个单细胞中鉴定出24万余个开放染色质区域（ACRs），构建首个狼尾草单细胞开放染色质图谱，并在不同细胞类型中发现约1.3万个热响应细胞类型特异ACRs。木质部细胞中WRKY基序显著富集，结合EMSA与双荧光素酶实验验证表明WRKY22可能参与木质部发育调控。

scPlantReg数据库对8个植物物种scATAC-seq数据进行统一处理与标准化分析，覆盖11个组织/发育阶段，并提供7种在线分析工具。跨物种比较显示，共享ACRs在禾本科中占主导，即使在细胞类型特异元件中亦然，表明存在保守核心调控元件库。进一步分析发现，共享ACRs富集 AP2/EREBP 基序并关联细胞壁生物合成，而细胞类型特异ACRs则保守富集 HDG1（表皮）与 ARF（叶肉）基序，揭示禾本科植物细胞调控程序的进化保守性。

图1单细胞ATAC-seq分析框架的构建及其在狼尾草染色质可及性图谱中的应用

a，单细胞ATAC-seq分析流程的构建；b-e，不同条件与发育阶段下狼尾草叶片（7天龄、14天龄、三叶期）及根组织的单细胞染色质可及性图谱（含7天龄叶片的热胁迫处理与对照）；f，各细胞类型中热胁迫与对照条件特异的部分染色质可及区域。

该平台的推广应用将加速非模式植物的调控组研究，尤其为狼尾草等具有重要农艺性状的牧草提供改良靶点。scPlantReg的发布填补了植物专属scATAC-seq分析工具的空白，为牧草遗传改良提供了全新思路。未来，随着更多植物物种的scATAC-seq数据纳入，该平台将成为植物生物学研究与牧草育种的核心资源。

四川农业大学草业科技学院严海东教授、靳雅荣特聘研究员、王成然博士、张新新青年研究员、贾纪原博士以及诺禾致源曹小芳为共同第一作者。四川农业大学草业科技学院黄琳凯教授、严海东教授，草业国家技术创新中心王召明，以及Bob Schmitz教授为共同通讯作者。四川农业大学信息工程学院刘涛教授和翟强教授亦参与了该研究并提供了重要支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-026-02289-6

scPlantReg：

http://scplantreg.com/home