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小麥作為全球主要糧食作物，其生產(chǎn)常受到由禾谷鐮孢菌引起的赤霉病的嚴重威脅。由于目前尚未發(fā)現(xiàn)對赤霉病具有完全抗性的小麥品種，通過分子育種改造小麥易感基因已成為防控該病害的重要策略。傳統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)錄組分析難以揭示不同細胞類型間的異質(zhì)性響應，因此小麥各細胞類型如何協(xié)同調(diào)控免疫應答仍不清楚。中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心唐威華研究組通過單細胞轉(zhuǎn)錄組測序和激光顯微切割技術(shù)，系統(tǒng)解析了小麥幼苗胚芽鞘中各類型細胞對禾谷鐮孢菌（Fgr）以及非寄主鐮孢菌侵染的免疫差異應答。研究首先采用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，系統(tǒng)分析了小麥胚芽鞘在接種適應性病原菌Fgr 和非適應性病原菌尖刀鐮孢菌（Foc）后0-3天內(nèi)的基因表達動態(tài)。結(jié)合激光顯微切割技術(shù)獲取的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，科研人員注釋了8種主要細胞類型：氣孔細胞、表皮細胞、綠色薄壁細胞、薄壁組織細胞、外鞘細胞、內(nèi)鞘細胞、韌皮部細胞和原形成層細胞。研究發(fā)現(xiàn)，韌皮部和外鞘細胞通過協(xié)同作用特異性調(diào)控非寄主抗性的快速建立。非寄主抗性表現(xiàn)為免疫激活局限在少數(shù)細胞的特征，而小麥胚芽鞘與Fgr的易感互作則呈現(xiàn)廣泛激活。擬時序分析進一步揭示，不同真菌病原體可誘導薄壁組織細胞和綠色薄壁細胞向不同的終末狀態(tài)分化，其中Fgr特異性地誘導綠色薄壁細胞進入低轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)。該研究首次在單細胞分辨率上揭示了小麥幼苗響應非寄主鐮孢菌侵染的免疫反應局域化特征，提出了禾谷鐮孢菌推遲和減輕小麥的早期免疫反應與寄主建立易感互作關系。研究結(jié)果為小麥抗赤霉病育種提供了新的理論依據(jù)和更多的抗病候選基因。相關研究成果以Single-cell transcriptomic analysis highlights specific cell types manipulated by?Fusarium?head blight fungus leading to wheat susceptibility為題，發(fā)表在《發(fā)育細胞》（Developmental Cell）上。研究工作得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。論文鏈接單細胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示小麥胚芽鞘細胞對禾谷鐮孢菌以及非寄主鐮孢菌侵染0至3天的差異應答