综述 | 单细胞RNA测序推动植物生物学的发展

　　

单细胞RNA测序领域的最新突破，比如最近开发的“RevGel-seq”方法，已经彻底改变了植物细胞分析。近日，美国橡树岭国家实验室的研究团队回顾了植物单细胞RNA测序技术的最新进展，旨在指导人们为不同的植物样本选择合适的测序方法。

在植物生物学领域，了解单个植物细胞的复杂性一直是一项复杂的挑战，因为这些细胞被坚硬的细胞壁所包裹。这一挑战反过来又阻碍了完整细胞核或原生质体的分离，这对深度分析至关重要。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）已成为一种有力工具，可以在细胞水平揭示高分辨率的基因表达模式，并研究细胞类型之间的异质性。此外，scRNA-seq领域的其他技术进步，比如细胞分离、文库制备和测序技术等方案的开发，进一步克服了植物特有的挑战。

近日，橡树岭国家实验室的研究人员在《BioDesign Research》上发表了一篇最新综述，全面探讨了植物系统生物学的最新进展和范式转变。这篇综述介绍了scRNA-seq技术的最新进展，并讨论了该领域面临的挑战和未来的潜在机会。

文章首先讨论了单细胞转录组学中常用的方法，包括实验和计算部分，并详细介绍了scRNA-seq的一般工作流程。考虑到原生质体制备和细胞核分离方法的挑战和局限性，微流控平台通常用于单细胞分离和分析。此外，选择原生质体还是细胞核用于测序，这主要取决于研究目的。作者提醒人们在选择方法时应仔细考虑研究目标、植物种类等多种因素。

之后，文章回顾了scRNA-seq文库构建和测序方面的进展，重点介绍了Nextera XT DNA文库制备试剂盒、BD Rhapsody系统以及Illumina测序技术。接下来，研究人员讨论了scRNA-seq涉及到的多个步骤，以及scRNA数据库的最新进展。

例如，PlantscRNAdb是为分析植物的scRNA-seq数据而开发的，包含26,326个标记基因。Plant Cell Marker DataBase则包含了81,117个标记基因，覆盖六种植物的22个组织中的263种细胞类型。他们还重点介绍了He等人创建的综合数据库scPlantDB，它覆盖了17种植物的~250万个细胞。

研究人员进一步讨论了scRNA-seq在植物系统生物学中的应用，并阐述了scRNA-seq如何在细胞水平上研究植物生物学，揭示植物发育、植物对生物和非生物胁迫的反应、植物的表观遗传调控、细胞命运决定和器官发生等过程的分子机制。

最后，他们讨论了scRNA-seq在植物中应用所面临的挑战和机遇。他们认为，在分析复杂的植物时，snRNA-seq比scRNA-seq更有优势。不过，由于植物细胞核体积小且容易受损，分离完整的细胞核具有挑战性，需要小心处理并优化裂解液组分和离心参数。

研究人员重点介绍了一种名为RevGel-seq的单细胞测序方法。它最初为哺乳动物细胞而开发，既方便又高效，而且不需要使用任何仪器。这种方法近日被引入植物研究领域。它还有一个很大的优势，就是在样本制备过程中引入早期停止点，这样能够灵活地采集样本，在不同时间或地点进行处理。

橡树岭国家实验室的Xiaohan Yang博士解释说：“RevGel-seq是最近在scRNA-seq领域取得的突破，它确实改变了游戏规则。传统方法在样品制备过程中依赖于特定的单细胞RNA仪器，而RevGel-seq对带有细胞条形码的微珠混合物进行操作。这种创新的样本制备方法不仅方便，而且高效。” 

文章提及的最新进展对植物生物学的未来具有重大意义。尽管scRNA-seq已经成为植物系统生物学和合成生物学领域的一项突破性技术，但这篇综述揭示了应对现有挑战的可能途径，并为未来的研究人员指明了方向。它还强调需要将scRNA-seq技术与其他组学技术和计算工具相结合，以便加深对植物中复杂细胞相互作用的理解。