近年来，单细胞转录组技术（scRNA-seq）正在植物科学领域掀起一场“细胞级”革命。这项技术正帮助我们看清每一类细胞的“身份”和“工作”，甚至发现前所未见的细胞类型和调控机制。然而，这条研究之路并非坦途。植物的细胞壁、大液泡和丰富次级代谢物使得原生质体制备异常困难，如何获得高质量、无偏差的单细胞悬液是首要技术瓶颈。拜谱生物依托墨卓平台，直面核心难点，推出 MobiPlant™ 植物单细胞转录组测序整体解决方案，优化的植物抽核方案及单细胞捕获体系，显著降低单细胞技术门槛，助力您获得更可靠、更深入的研究结果。

今天，小编精选5篇2025年发表于Cell、Nature、Science的植物单细胞研究，从细胞行为关联、抗逆响应，逐步延伸到基础图谱构建、群体单细胞研究与跨物种整合，清晰展现了单细胞转录组技术从“解析机制”到“大规模研究”的研究逻辑，带你快速了解单细胞转录组如何推动植物科学进入“细胞分辨率”时代，更凸显其破解植物研究难题的核心价值。

01、破解核心机制：

单细胞技术如何揭示生命的“现场决策”？

单细胞技术的最大特点，在于它能捕捉传统方法无法看到的瞬时变化和细胞异质性，直接揭示生物学核心机制。

1、细胞行为关联：

根尖极性分裂与激素活性，搭建“细胞动作—分子机制”的桥梁

关键词：拟南芥根尖、极性分裂、油菜素内酯、scRNA-seq

研究结果：本研究通过单细胞RNA测序和活细胞成像，发现油菜素内酯信号在有丝分裂期间下降并在G1期恢复，这种波动确保了信号和激素生物合成的平衡，揭示了油菜素内酯信号在细胞周期中的动态变化及其对根生长的调控机制。研究还发现母细胞的内在极性驱动了子细胞间油菜素内酯信号和生物合成的不对称分布，从而优化根分生组织活动。上层子细胞负责信号恢复，而下层子细胞支持生物合成，这种分工绕过了负反馈回路，促进了根的快速生长。利用单细胞技术，发现细胞分裂时的极性引导了不等分裂，导致子细胞继承不同的油菜素内酯信号活性，从而决定了它们不同的命运。这是对细胞命运决定机制的最直接证据。

2、抗逆响应机制：

根系应对土壤胁迫，解锁“细胞分工抗逆”的隐藏策略

关键词：土壤胁迫、水稻根系、细胞类型响应、scRNA-seq、空间转录组

研究结果：本研究通过单细胞转录组学和空间转录组学技术揭示了水稻根组织在土壤应力条件下的适应机制，特别是外层根细胞在外源性土壤压实压力下的基因表达变化及其调控机制。scRNA-seq数据显示，压实土壤条件下，外皮层和内皮层中参与细胞壁成分代谢的基因显著上调。特别是EXPANSIN（EXPA）和甘氨酸丰富蛋白基因（GRPs）的上调，表明细胞壁重塑是应对土壤压实的重要机制。此外，XTH22、OsARF6和OsBRI1等基因的上调进一步支持了这一结论。利用单细胞技术，揭示“哪类细胞先感知、哪类细胞先响应”，为作物抗逆育种提供细胞级靶点。

02、构建全景图谱：

在机制基础上绘制生命的“战略地图”

在破解了多个关键生物学过程的机制后，科学家们才能利用这些深刻见解，去构建真正有生物学深度、能支撑未来发现的宏观图谱。

1、基础图谱构建：

水稻单细胞多组学图谱，绘制植物细胞的“分子身份证”

关键词：水稻8个器官、单细胞多组学、细胞图谱

研究结果：本研究通过scRNA-seq与scATAC-seq，同时分析来自水稻8个器官的116,564个细胞的RNA和染色质可及性表达，鉴定56个细胞簇，注释54种细胞类型，发现新型细胞状态(如花分生组织的"过渡态")，还发现细胞类型与农艺性状(如产量、抗逆性)的关联，揭示了细胞类型特异的基因调控网络，为作物研究提供了独特的资源。利用单细胞多组学突破传统“群体平均”限制，构建了全球首个水稻单细胞多组学图谱，为所有水稻研究者提供了最基础的“细胞身份词典”，使得任何基因都能被精准“定位”到具体的细胞环境中进行功能阐释。

2、群体单细胞研究：

玉米细胞特异性顺式调控，揭开“基因精准表达”的分子密码

关键词：玉米、单细胞多组学、顺式调控、细胞类型、QTL

研究结果：本研究对172个玉米自交系的70多万个细胞进行scATAC-seq与snRNA-seq分析，探索了顺式调控多样性的影响。TCP转录因子被确认为调控染色质可及性的主要决定因素，其变体在TCP结合位点中最为显著。研究还发现，许多caQTL是细胞状态特异性的，并常与复杂性状相关的变体重叠。利用单细胞技术，将QTL精细定位到细胞类型层面，揭示“谁在调控、调控谁、在哪调控”。这些发现推进了我们对细胞背景和分子多样性如何贡献表型创新的理解，为未来的作物改良提供了蓝图。

3

跨物种整合：

维管植物统一细胞图谱，挖掘植物进化的“细胞保守密码”

关键词：维管植物、统一细胞图谱、跨物种比较、scRNA-seq

研究结果：本研究通过构建六种系统发育关键支系代表植物（涵盖石松类、蕨类、裸子植物和被子植物）的幼嫩茎叶单细胞转录组图谱，填补了单细胞研究在部分植物类群中的空白。通过跨物种整合分析，识别出维管植物中的细胞类型基础基因。这些基因在至少四个物种中保守表达，并且在特定细胞类型中具有相似的表达模式。通过整合多种植物的单细胞转录组数据，发现了调控细胞身份的“基础基因”。这些基因在不同植物的同一类细胞中均保守表达，是作物改良中最通用、最核心的靶点。这张“统一地图”指引了未来设计育种的核心方向。

拜谱小结

从这5篇CNS研究的逻辑脉络可见，单细胞转录组技术正沿着 “解析具体机制→大规模研究”的路径，逐步攻克植物研究的核心难点：先破解细胞行为、抗逆响应等“微观机制”难题，再搭建物种内图谱、群体单细胞研究、跨物种atlas等“宏观体系”，为植物研究提供从“点”到“面”的支撑。

样本制备难题是植物单细胞研究路上的“拦路虎”，主流方案需消化细胞壁制备原生质体。过程繁琐，效率不稳，极易损伤细胞并干扰基因表达，导致结果失真，且对样本新鲜度要求苛刻。拜谱生物依托墨卓平台，推出MobiPlant™ 植物单细胞转录组测序整体解决方案，独家优化后的植物抽核方案，彻底摆脱繁琐、易失真的原生质体制备流程，以及专为植物细胞核优化的单细胞捕获体系，捕获效率与数据质量更优越。

近期，拜谱生物联合墨卓生物推出的“植物单细胞测序资助计划”正在火热报名中，申请即将截止，欢迎咨询！