空间转录组、单核转录组和成像型空间转录组揭示卵形干细胞龛结构丨Molecular Plant

继2026年5月5日北京大学现代农业研究院李博生研究员团队在Nature Plants发表利用单核转录组与空间转录组技术，构建了覆盖辣椒多个器官和发育时期的高分辨率时空图谱的成果后，（Nature Plants丨单核转录组与空间转录组技术揭示辣椒多种器官中层状组织结构与代谢功能分区之间的关系）5月14日，该团队再次整合测序型空间转录组、单核转录组和成像型空间转录组在Molecular Plant在线发表研究论文，题为 “Super-resolution multimodal spatial transcriptomics reveals an ovoid stem-cell niche structuring de novo shoot regeneration” 。

该研究以番茄离体子叶再生为模型，对受伤至芽从头再生全过程进行连续解析，构建了覆盖约 116 万个细胞的高分辨率时空图谱。研究发现，愈伤组织中会形成一个此前未被充分认识的卵形干细胞龛，由外周信号层、中间可塑性区室和中央静息核心组成；其中，外周信号层的 EPFL8b 小肽具有维持该结构并促进芽再生的新功能。该研究提示，植物再生并不只是关键基因被激活，更取决于细胞状态能否被组织成正确的空间结构。

其中，该研究的空间转录组技术应用BMKMANU S1000/S3000系列平台、单核转录组部分应用BMKMANU DG1000平台，原位荧光测序技术部分应用BMKMANU ISSeq试剂盒！

【研究背景】

植物具有强大的器官再生能力。离体子叶、根或茎段在激素诱导下，可形成愈伤组织，并进一步产生不定芽、不定根，最终再生为完整植株。该过程既是发育生物学中的经典问题，也是作物遗传转化和种质创新的重要基础。

过去几十年，植物再生研究多聚焦于生长素、细胞分裂素以及WUS、CLV3、PLTs、CUC2 等关键基因。然而，愈伤组织内部高度异质，不同细胞状态在空间上交错分布。一个关键问题是：在没有预存干细胞龛的受伤组织中，植物如何重新组织细胞命运，形成能够启动新生芽的功能性干细胞龛？

【研究结果】

该研究分析显示，卵形干细胞龛具有明确的空间分工：外周信号层富集CUC2和EPFL8b，可能负责感知和传递位置信号；中间可塑性区室富集STM和PLT3a，具有发育可塑性；中央静息核心富集WUS、CLV3和RAD17，细胞周期活性较低，可能承担维持干细胞龛稳定性的功能。这一结构说明，新生芽并非由愈伤组织中随机一群表达再生标志基因的细胞产生，而是来自一个具有层级结构和信号方向性的组织单元。

功能实验表明，EPFL8b与其受体ER/ERL1 在空间上分离，分别位于外周信号层和中间可塑性区室。外源添加 EPFL8b 可促进番茄芽再生；epfl8b 突变体中，WUS、CLV3、STM、CUC2 等标记基因仍可被检测到，但其空间分布紊乱，无法形成正常卵形结构，导致再生效率下降。这说明 EPFL8b 的作用并非简单提高某个再生基因的表达，而是参与组织干细胞龛的空间结构。研究还发现，外源 EPFL8b 可促进辣椒、番茄野生材料以及小麦愈伤组织的芽再生，提示该信号模块可能用于提升作物再生效率。

该研究引入并优化了植物样本的超分辨率多模态空间组学框架，将测序型与成像型空间转录组整合到细胞乃至亚细胞尺度，克服了植物组织样本中 RNA 降解和空间信号漂移等限制，在植物再生研究中达到以往难以实现的分辨率。由此建立的百万细胞级空间图谱，也为后续围绕候选细胞状态、局部信号和再生因子的假说驱动型功能研究提供了系统资源。

【研究总结】

该研究揭示了愈伤组织中卵形干细胞龛的形成及EPFL8b小肽在空间结构维持中的关键作用。相关发现拓展了传统以基因为中心的植物再生研究范式，强调结构组织是再生过程中同等重要的基本原则，为理解植物发育可塑性、优化作物再生体系和提升遗传转化效率提供了新的视角与资源。

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