得益于雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻的遺傳學(xué)研究，植物發(fā)育生物學(xué)在過(guò)去 40 年里取得了長(zhǎng)足發(fā)展。植物分生組織（干細(xì)胞）的建立與維持機(jī)制、重要組織和器官的分化軌跡及其核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已初步建立。這些基礎(chǔ)知識(shí)為作物農(nóng)藝性狀的分子調(diào)控解析與設(shè)計(jì)改造奠定了良好的基礎(chǔ)。
然而，隨著正向遺傳學(xué)（forward genetics）篩選的日趨飽和，基因功能的冗余性逐漸成為植物新基因挖掘的巨大障礙，導(dǎo)致了新基因發(fā)現(xiàn)速率下降。
2025 年 8 月 18 日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王佳偉團(tuán)隊(duì)（薛皓晨、徐洲更、劉玉潔為共同第一作者）在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：A unified cell atlas of vascular plants reveals cell-type foundational genes and accelerates gene discovery 的研究論文。
該研究突破了植物單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序底層技術(shù)難點(diǎn)，繪制世界首個(gè)維管植物整合細(xì)胞圖譜，通過(guò)系統(tǒng)鑒定維管植物各類細(xì)胞的底層基因（cell-type foundational gene），突破了基因高效挖掘的瓶頸，發(fā)現(xiàn)了新的調(diào)控因子和細(xì)胞類型，為植物發(fā)育生物學(xué)研究提供了一個(gè)全新的研究范式。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)植物基因發(fā)現(xiàn)速度放緩的挑戰(zhàn)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了一個(gè)跨物種維管植物（vascular plants）莖尖單細(xì)胞整合圖譜（shoot apex single-cell atlas），結(jié)合6個(gè)代表性物種（跨越蕨類、裸子植物和被子植物等進(jìn)化分支），揭示了植物關(guān)鍵細(xì)胞類型的基礎(chǔ)基因框架，顯著提升了基因功能挖掘的效率。
傳統(tǒng)的正向遺傳學(xué)（forward genetics）篩選因隨機(jī)突變覆蓋率飽和導(dǎo)致新基因發(fā)現(xiàn)速率下降。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)跨物種單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜系統(tǒng)比較找到保守細(xì)胞類型的核心基因模塊（cell-type foundational genes），例如表皮、木質(zhì)部、韌皮部相關(guān)的基因集合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)靶向候選基因篩選，避免隨機(jī)突變的冗余。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了新型調(diào)控因子與細(xì)胞類型，包括此前未被發(fā)現(xiàn)的蛋白類型 X8 結(jié)構(gòu)域蛋白（X8 domain proteins）和 JULGI-LIKE 蛋白，它們是韌皮部發(fā)育的調(diào)控因子。研究團(tuán)隊(duì)還在蕨類和裸子植物中識(shí)別出全新細(xì)胞類型--類伴胞細(xì)胞（companion cell-like cells）。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了用于維管植物細(xì)胞類型的自動(dòng)化細(xì)胞分類算法工具，加速單細(xì)胞數(shù)據(jù)的解析與應(yīng)用。這項(xiàng)研究為識(shí)別植物細(xì)胞類型的關(guān)鍵調(diào)控因子建立了一個(gè)高分辨率框架，并為研究植物細(xì)胞類型進(jìn)化樹(shù)立了一個(gè)創(chuàng)新范例。
該研究的亮點(diǎn)：
通過(guò)整合細(xì)胞圖譜識(shí)別維管植物的泛細(xì)胞群；
揭示支撐植物細(xì)胞類型的核心底層基因；
通過(guò)細(xì)胞類型底層基因加速韌皮部基因發(fā)現(xiàn)；
開(kāi)發(fā)了一種用于維管植物的自動(dòng)化細(xì)胞類型注釋工具。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00858-X
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