植物在整個生命周期中會受到各種各樣的生物和非生物脅迫，對植物生長產生嚴重影響，其中鹽脅迫是全球范圍內影響農作物產量的重要非生物脅迫因子之一。白菜[ Brassica campestris (syn. Brassica rapa) ssp. chinensis]作為我國重要葉用蔬菜作物，以其甜美多汁、營養豐富的莖葉為主要食用器官，其生長周期短、適應性強，是最受大眾喜愛的葉用蔬菜之一。目前，有關白菜的研究主要集中在組織器官整體水平描述，各細胞型特異性響應鹽脅迫的分子機制還鮮為人知。

近日，河北農業大學趙建軍團隊在植物領域知名期刊New Phytologist以全文的形式在線發表了題為Single-cell multiome reveals root hair-specific responses to salt stress的研究論文，揭示了白菜根毛特異性響應鹽脅迫的轉錄圖譜和調控網絡。

該研究首次在單細胞水平解析了白菜根尖細胞應對高鹽脅迫的特異性響應機制，繪制了高質量的單細胞轉錄圖譜和染色質可及性圖譜，并結合空間轉錄組及原位雜交試驗完成了根尖細胞分型及注釋，定義了新的細胞類型特異性標記基因。構建了根尖細胞類型特異性響應高鹽的轉錄調控網絡，揭示了鹽脅迫下植物根尖的細胞異質性和分化軌跡，發現根毛是對高鹽脅迫最敏感的細胞群。隨后研究人員結合團隊前期發表的擬南芥根尖滲透脅迫單細胞數據，率先進行跨物種擬時間分析,發現高鹽和滲透脅迫都以相似的方式抑制分化中的根毛向成熟根毛的轉變，導致根毛無法行使環境響應及離子吸收的功能。非生物脅迫影響植物生理的許多方面，其中一些變化是非適應性反應，僅反應脅迫源引起的傷害。擬南芥和白菜的單細胞聯合分析表明根毛在高鹽、滲透脅迫下的發育是一種非適應性反應，失去了重要的生理功能，這是高鹽、滲透脅迫對植物傷害的重要途徑之一。該研究結果不僅為非生物脅迫下根毛發育的研究提供了新穎的見解，同時也為未來耐鹽設計育種中考慮根毛形態的可塑性提供了理論依據。

圖1 不同非生物脅迫對十字花科植物根毛的保守性影響是抑制分化中的根毛向成熟根毛的轉變。

隨后研究人員進一步解析了鹽脅迫影響不結球白菜根毛鐵吸收的機制：鹽脅迫通過抑制根毛發育，導致成熟根毛特異基因 BcIRT2表達降低,根系對鐵的吸收能力下降，BcIRT2 基因沉默突變體葉片黃化,根毛鐵含量降低,對鹽脅迫更敏感。

綜上所述，該研究不僅為植物根響應高鹽、滲透脅迫的機制提供了新穎的理論依據,并且為不結球白菜耐鹽設計育種提供了重要思路和基因資源。

河北農業大學趙建軍教授、馬衛教授、華大生命科學研究院劉心研究員為本文的通訊作者。河北農業大學副教授劉青，華大生命科學研究院研究員康靖民，華大生命科學研究院博士生杜琳，蘇州農科院研究員劉照坤為論文的共同第一作者。該工作得到北京格致博雅生物科技李尚桐博士的支持和幫助。該研究得到國家自然科學基金、河北省自然科學基金資助。

全文鏈接：

https://doi.org/10.1111/nph.70160