JGG｜劉陽團隊構建地錢有性生殖結構的高分辨率細胞圖譜

苔蘚植物(包括苔類、蘚類和角苔類)是植物陸地化過程中最早適應陸地環境的植物類群之一。地錢作為典型的苔類代表，是探究植物有性生殖起源與演化的理想模型。盡管其生殖結構相對簡單，卻完整承載了精子發生、受精和孢子體發育等核心生殖過程。然而，由于其細胞類型復雜且缺乏高分辨率表達譜數據，其核心生殖過程中細胞分化及功能調控的分子機制仍不清晰。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表武漢華大生命科學研究院/深圳市中國科學院仙湖植物園劉陽團隊題“Transcriptomic landscape of Marchantia polymorpha sexual organs at single-nucleus resolution”的研究論文。該研究利用單細胞核轉錄組測序技術，構建了地錢有性生殖器官的高分辨率細胞圖譜，系統揭示了其精子發生、孢子體形成及孢粉素合成等關鍵過程的細胞特征與分子調控基礎。

該研究利用DNBelab C4平臺成功構建了地錢有性生殖結構在單細胞分辨率下的轉錄組圖譜，解析了雄托、雌托及孢子體的細胞組成。研究揭示了從早期精原細胞到成熟精子的連續發育軌跡，并識別出與細胞周期、染色質重塑和鈣信號傳導相關的關鍵基因模塊。通過共表達網絡分析，進一步闡明了孢子體中基足細胞、孢子囊壁細胞和彈絲等細胞類型在孢粉素合成、細胞壁構建及孢子保護等過程中的功能分化。跨物種比較結果顯示，地錢的孢子囊壁細胞在功能上與被子植物花藥絨氈層細胞相似，而基足細胞則作為連接配子體與孢子體的關鍵樞紐，承擔物質運輸與發育調控的重要角色。該研究為深入理解早期陸生植物有性生殖的細胞基礎與演化機制提供了重要參考。

地錢有性生殖結構的單細胞核轉錄組圖譜

A: 地錢有性生殖結構的單細胞核轉錄組圖譜構建流程圖;B: 雄性樣本18個細胞簇的UMAP可視化;C: 雌性樣本26個細胞簇的UMAP可視化。

作者簡介

中國科學院大學生命科學學院與武漢華大生命科學研究院聯合培養博士研究生曾瑜盈為該論文第一作者。武漢華大生命科學研究院、深圳市中國科學院仙湖植物園劉陽研究員，武漢華大生命科學研究院魏桐研究員為該論文共同通訊作者。相關工作得到萬種植物基因組計劃和深圳市城市管理和綜合執法局科研專項等項目的資助與支持。