植物由各种类型细胞组成，作为一个整体发挥作用。不同植物细胞携带着几乎相同的遗传信息，其功能上的分化是由转录活动的程序化调节产生的，了解单细胞转录组的异质性将为植物生理和发育研究提供重要支撑。烟草作为一种重要的模式植物，在植物科学研究中发挥了重要作用。近日，国家烟草基因研究中心成功绘制了烟草幼苗期单细胞转录图谱，相关研究论文“Single-nucleus RNA sequencing of Nicotiana tabacum seedlings reveals heterogeneity among cell types”在国际权威期刊《Industrial Crops & Products》（中科院1区，影响因子5.9）在线发表。

针对植物单细胞转录组分析细胞标记基因缺乏的问题，项目团队前期开发了植物细胞标记基因数据库PCMDB（Nucleic Acids Research，2022）。在此基础上，该研究针对萌发后21天的烟草幼苗开展了单细胞核转录组测序，绘制了基因表达图谱。研究获得了13028个烟草细胞的基因表达数据，降维聚类后获得29个细胞簇。利用PCMDB收集的植物细胞标记基因，鉴定出18个主要细胞类型，并针对部分细胞类型通过原位杂交进行了验证。

烟草幼苗期单细胞转录图谱

烟草幼苗期主要细胞类型分化轨迹和细胞通讯

研究表明，烟草幼苗期不同细胞的基因表达存在高度异质性，各细胞类型呈现动态发育，由一群未分化的分生组织细胞逐渐分化形成。通过对主要细胞类型进行拟时序分析，得到起始于静止中心（Quiescent Center，QC）细胞的连续拟时序轨迹。细胞通讯分析表明，烟草幼苗地下部大多数细胞类型和QC细胞通讯最为紧密。开展了与水稻幼苗单细胞图谱的比较分析，鉴定到大量物种细胞类型特异的基因表达模式。

该项研究是在北京生命科技研究院科技项目的资助和推动下完成的。国家烟草基因研究中心金静静博士为论文第一作者，曹培健博士为论文通讯作者。