空间转录组测序揭示南方根结线虫侵染的番茄根中巨大细胞形成的时空转录表达谱

根结线虫（RKNs；Meloidogyne spp.）是一种极具破坏性的农业寄生性病原物，其诱导维管细胞发育为多核巨大细胞是建立取食位点和寄生的关键，该作用机制尚未完全阐明。由于植物组织细胞类型的异质性和多细胞生物基因表达的时空特异性，通过传统转录组测序、单细胞测序（scRNA-seq）和单细胞核测序（snRNA-seq）难以实现巨大细胞特异性表达基因的鉴定。空间转录组可以将空间分辨率与形态学相结合，生成全面的基因表达图谱，在保留空间位置的同时识别不同的细胞群体。近年来，该技术在植物领域的广泛应用，尤其是在细胞异质性研究中应用的成功案例，使其成为破译根结线虫诱导巨大细胞形成机制的理想方法。

中国农业科学院烟草研究所烟草病虫害绿色防控创新团队通过空间转录组技术揭示了南方结线虫侵染的番茄根中巨大细胞形成的时空转录表达谱，挖掘和验证了巨大细胞形成相关基因，对揭示根结线虫的致病机制和为根结线虫防控提供精确靶点具有重要参考价值。研究成果以“A spatiotemporal atlas of giant-cell formation during Meloidogyne incognita infection in tomato roots”为题发表在Molecular Horticulture。百迈客生物为该研究提供BMKMANU S1000空间转录组测序分析服务，同时百迈客生物高级生信工程师黄涛作为共同作者参与该研究。

该研究通过BMKMANU S1000测序平台对南方根结线虫侵染3dpi、5dpi和7dpi的“Moneymaker”番茄根部组织进行空间转录组测序，鉴定了细胞类型和巨大细胞分群（Cluster）。

通过分析巨大细胞分群与其他分群间的DEGs以及RNA原位杂交，验证了4个新的巨大细胞特征基因（marker genes）。拟时序分析显示，4种维管束细胞类型的分化轨迹在关键节点呈现两个完全相反的方向，一个是分化为正常维管束细胞，另一个是分化为巨大细胞。

通过BEAM分析结合热图可视化，挖掘了潜在参与巨大细胞形成的基因。将编码1个细胞周期依赖性激酶、2个细胞分裂周期相关蛋白、1个MYB3R-1-like转录因子的基因沉默后，根结数显著减少，巨大细胞显著变小。

该研究建立了首个南方根结线虫侵染番茄根部的时空图谱，挖掘了巨大细胞形成相关基因，可为探究根结线虫致病机制提供新见解，潜在指导新防控策略。

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百迈客生物针对植物组织实验及分析实现全链条难点攻克，目前植物空间转录组已在千余种物种上积累丰富经验，建立植物组织透化体系，涵盖根，茎，叶，花，幼嫩果实，种子等组织类型。其BMKMANU S系列空间转录组技术作为百迈客生物自主研发、专为植物样本特性深度优化的空间转录组技术平台，针对植物细胞痛点，完成了植物专属适配方案，已助力发表24篇高水平研究论文（含3篇综述），占全球植物空间转录组总发文量近20%，已成为非模式植物、粮食作物、经济作物、林木等研究的首选技术，深度覆盖植物科学全场景研究。