中国农科院生物所副所长谷晓峰博士做客生物质能交叉前沿学科讲坛

                                             作者：王海浪

2021年1月29日上午10:00，受彭良才教授和陈鹏副教授邀请，中国农业科学院生物技术研究所副所长谷晓峰博士在线上为我校师生带来了题为“Transcriptional Landscape of Rice Roots at the Single Cell Resolution” 的精彩学术报告。

谷晓峰研究员首先介绍了单细胞测序（Single-cell sequencing）技术的发展现状，从2009年汤富酬教授开发出世界上第一个单细胞转录组测序（ScRNA seq）方法，到2019年植物单细胞高通量研究的井喷式发展，单细胞测序技术对生物学尤其是植物学的研究发展带来了新次元的改变。他指出目前单细胞技术面向植物的应用方向主要有：细胞图谱构建、发育分化、突变体研究、处理vs对照等。随后，谷晓峰研究员介绍了其团队近期在水稻根系的单细胞转录组方面研究。该研究主要选取NBP和93-11两种不同亚种水稻，致力于寻找粳稻和籼稻间一些表观遗传及生长发育上的差异。首先选择水稻根尖（3d）5mm组织进行酶解，利用10X Genomice平台进行单细胞测序，ScRNA seq的结果主要分为：水稻根尖细胞类型分析、水稻品种间细胞类型比较、水稻细胞发育轨迹分析、水稻与拟南芥细胞基因表达分析等四类。两个不同亚种水稻中均能从一万余个单细胞中筛选到2500多个主要基因，并将根尖细胞主要分为8个Clusters，包括薄壁细胞、内皮层细胞、表皮细胞、木质部细胞、中柱鞘细胞等。为了验证细胞分型的准确性，该团队利用原位杂交技术（in situ）在拟南芥的根尖同源基因上进行验证，但是研究发现拟南芥和水稻根尖细胞有一定的特异性，所以引发了后续对于两个物种间根细胞类型发育的进化保守性分析。

ScRNA seq数据筛选和原位杂交结合实验后，发现NPB和93-11中的8个细胞类型比较保守，同时利用GFP转基因植株遗传转化技术，结合大数据分析、in situ分析来充分验证了细胞分群、特定表达基因结果。在实验验证过程中也发现了一个靠近根毛的表皮层的新细胞类型，后续研究会继续深度解析其功能。水稻单细胞分辨率模式图也主要揭示了两个亚种根冠细胞的差异。在水稻品种间细胞类型的比较中，发现两个亚种的保守性也较强，特异性细胞主要在根冠部分，GO功能注释分析大多数差异基因主要与环境相关，进一步揭示了两个水稻亚种受到外部环境刺激时响应机制的差异性。水稻的发育轨迹分析也发现两个亚种细胞表现出高度一致的拟时顺序，拟时分析中鉴定出534个显著差异表达的基因，具有不同的基因表达模式。本研究最后通过水稻与拟南芥细胞型基因表达分析中，结合前人研究结果探究双子叶与单子叶植物根系发育在单细胞层面上的差异。发现两个物种间根毛、皮层细胞、木质部细胞簇的相关性较高，表皮、内皮层、中柱和根冠细胞群的相关性较低。谷晓峰研究员最后简述该项研究的一个副产物——RCAP（Root Cell Atlas in Rice）单细胞数据库分析网站，主要共享NPB和93-11单细胞数据，为后续的根细胞相关科学研究提供帮助。以上研究成果近期发表于Molecular Plant杂志上（https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.12.014）。

通过谷晓峰研究员的精彩报告，同学们对于单细胞测序研究有了更加深入的认识。提问环节中，谷晓峰研究员对于单细胞测序上的一些技术难点、实验设计思路上的疑惑都给予了积极建议。报告结束时，彭良才教授提出希望未来可以与谷晓峰博士团队多多进行合作，也希望谷晓峰研究员有时候可以重回母校看看。同学们也以热烈掌声对于这次精彩报告的由衷感谢。

<专家简介>

谷晓峰，中国农业科学院生物技术研究所副所长、研究员、博士生导师，2015年入选海外高层次人才引进计划青年项目，2017年入选中国农业科学院“农科院英才领军人才”计划。围绕植物产量和环境适应性开展新表观遗传修饰研究，发现多个通过DNA腺嘌呤甲基化、RNA修饰等调控发育和响应环境信号的新机制。近五年在Advanced Science、Molecular Cell、Developmental Cell、Molecular plant等国际学术期刊上发表论文20余篇，担任了国家现代农业与食品前沿产业技术创新战略联盟副理事长、中国农业生物技术学会常务理事和副秘书长、中国作物学会理事等。