11月8日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿團隊和上海師范大學王文琴團隊，在《自然-通訊》（Nature Communications）上，在線發表了題為Spatial transcriptomics uncover sucrose post-phloem transport during maize kernel development的研究文章。該研究利用空間轉錄組方法，劃分了玉米籽粒灌漿期不同細胞功能亞群，揭示了光合同化產物從進入籽粒到合成淀粉、蛋白和脂類等儲藏物質過程的空間轉錄特征。玉米是種植廣泛且高產的作物。玉米籽粒是高度復雜的系統，由數百萬個細胞組成，包括來自母體的二倍體種皮、子代基因型的三倍體胚乳以及二倍體的胚組成。構成這三種組織器官的細胞在種類和功能上各不相同，但相互協調，進而形成獨特的微環境，以維持不同類型的細胞數量，構成有時空差異的功能分區。例如，玉米籽粒灌漿開始前，胚乳細胞要經歷活躍的有絲分裂和分化，細胞迅速增殖并形成完整的胚乳組織，主要包括四種細胞類型——胚乳基部轉移層（basal endosperm transfer layer，BETL）、糊粉層（aleurone layer，AL）、胚周圍區（embryo surrounding region，ESR）、淀粉胚乳細胞（central starchy endosperm，CSE）。此外，這幾類細胞還能夠衍生出一些亞細胞類型——亞糊粉層（subaleurone，SA）、傳導區（conducting zone，CZ）和基部中間區（basal intermediate zone，BIZ）。然而，上述細胞分類主要基于細胞形態觀察和數量極少的特異表達基因，一般轉錄組研究得到的基因表達譜缺乏空間信息，且關于每個細胞群體的具體功能的認知有限，制約了對籽粒發育和灌漿調控的研究以及優異基因的挖掘。因此，該團隊對玉米灌漿期籽粒進行了顯微切片和空間轉錄組學研究，實現了高通量可視化所有基因的電子原位雜交圖譜，鑒定了11個細胞群和332個分子標記基因，繪制了“玉米籽粒電子原位雜交”和“分子細胞學”圖譜。此外，該研究系統構建了籽粒灌漿時各個組織功能區發生的關鍵事件（信號傳導、營養運輸，蛋白、淀粉、脂類合成和存儲等）和全局基因網絡調控圖，全面挖掘在信號傳導和營養運輸上發揮重要作用的關鍵基因，通過探索它們的生物學功能，為提升玉米產量和品質提供新的基因資源。研究工作得到“十四五”重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。四川農業大學的科研人員參與研究。論文鏈接實驗原位雜交和電子原位雜交對比圖