空转植物项目文章|伯豪生物助力浙江大学生命科学学院杜娟课题组报道植物维管组织结构

自空间转录组被评为2020年nature methods年度技术后，不同的空间组学平台如雨后春笋般展现在了大众的视野内，其中，10x Genomcs的空间转录组技术走在了科研的前列，10x Genomcs Visium基于poly(dT)的无偏差RNA捕获方式给了空间转录组更广泛的应用空间和物种适应性。

10X Genomcs Visium从技术建立至今的四年中，绝大多数的样本是以人或小鼠等动物为主。但植物相关的空间转录组文章所见甚少，那么植物和动物的细胞结构和成分差异亦或是在前期植物冰冻切片时的难度可能是阻碍植物使用空间转录组的难点。

上海伯豪生物的实验研发团队通过查阅相关文献，实验条件优化摸索，最终在植物样本的冰冻包埋，切片，样本透化过程建立了一套伯豪自己的解决方案。并成功在拟南芥、杨树、 槐树等多种植物类型中进行相关实验，积累了丰富的植物空转实验经验。其中，杨树是最具代表性的案例。该研究成果由浙江大学生命科学学院杜娟课题组发表在Molecular Plant上。

本研究中，作者通过电子显微镜观察与10x Genomcs Visium空间转录组测序相结合的方法，追踪研究了木本模式植物-杨树茎从顶端原形成层干细胞逐步发育形成次生维管组织干细胞的连续过程。

首先，作者通过电镜切片的观察发现，茎从初生生长到次生生长的连续发育过程中，茎顶端的原形成层干细胞衍生的子细胞在韧皮部和形成层两个组织区域中，分别形成了形态差异显著的两类次生分生组织干细胞群。在韧皮部中的干细胞群，细胞形态特征与原形成层干细胞类似，具有细胞分裂能力，负责韧皮部细胞的形成；在维管形成层区域的干细胞群，由已知的形成层纺锤状原始细胞和射线原始细胞组成，负责木质部细胞的形成（图1）。

（Pf，韧皮纤维；Ph,韧皮部；CZ,形成层; DX,木质部；Pa，薄壁细胞；Ve，导管分子；F，形成层区纺锤形原始干细胞；R， 形成层区射线原始细胞；PCL，韧皮部类似干细胞群）

后续作者运用10x Genomcs Visium空间转录组学方法，分析了杨树茎从初生生长到次生生长连续发育过程中，原形成层干细胞衍生的子细胞分别分化形成韧皮部干细胞，以及维管形成层干细胞的特征表达的基因（图2）。

（PCL，韧皮部干细胞；CZ,形成层干细胞；R， 射线原始细胞）

基于以上三方面实验数据分析的结果，作者进而提出了关于木本植物次生维管系统发育的一个新的理论模型 （图3）。

最后作者运用拟时序分析方法，分析了从初生分生组织干细胞到次生分生组织干细胞分化过程中的基因表达规律（图4A）；以及两类次生维管组织干细胞分别分化形成韧皮部细胞与木质部细胞过程中的基因表达规律（图4B）。

本研究首次系统解析了植物次生维管组织干细胞的起源发生与发育过程，提供了维管组织干细胞及其衍生细胞在各个分化阶段的形态结构与特征表达基因图谱，为进一步研究陆生植物维管组织系统演化提供了非常重要的资源。同时也为筛选维管组织发育与木材形成的关键调控因子进行分子育种，改良植物株型，调控植物生长发育与抗逆提供新的研究视角。   

伯豪生物经验

由于植物样本的特殊性，在前期样本准备过程中，遇到了比较多的困难，如植物样本如何进行冰冻包埋，以及植物样本切片易碎裂的问题，在经过了较多次的尝试与分析后，确定了比较好的样本收集及切片方法。

同时在后续实验过程中，由于植物样本和动物样本的差异性，在实验试剂上也较常规试剂盒做了更改，例如在样本透化过程中，由于植物样本具有细胞壁，很难将mRNA透化出来，所以我们根据杨树细胞壁的成分，添加了不同的蛋白酶，去进行预透化。并且，在实验前期我们也与空转发明人瑞典科学家Joakim Lundeberg进行了沟通交流，最终确定下适合植物样本的试剂方案。后续在数据分析过程中，我们也和杜老师多次沟通，摸索出了一套植物空转特有的分析方案。

目前上海伯豪生物在植物空转样本类型上已经有较多的尝试，如拟南芥、杨树、 槐树等植物类型我们都进行过包埋和切片实验，也都有较丰富的实验经验。