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探明植物葉片衰老的密碼 我國科學(xué)家收獲重要成果
2025年07月16日 13:35:33
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：220
我國南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講席教授郭紅衛(wèi)課題組聯(lián)合武漢華大生命科學(xué)研究院發(fā)表了題為“An Arabidopsis single-nucleus atlas decodes leaf senescence and nutrient allocation”的研究論文，其中構(gòu)建了模式生物擬南芥全生命周期單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并創(chuàng)新性地從單細(xì)胞水平上解析了葉片衰老進(jìn)程，描繪了碳/氮的源庫轉(zhuǎn)運(yùn)圖景。
衰老是生物生命歷程中，生理功能逐漸退化的自然過程，是生命歷程的必然階段。而在生物學(xué)中，探究生物衰老的機(jī)理是一項(xiàng)重要的研究課題，并且針對(duì)不同的研究對(duì)象，這項(xiàng)研究衍生出了諸多的方向。其中自然也包括了對(duì)于植物衰老過程的研究。
與動(dòng)物不同，植物衰老的過程并非是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的過程，就好像樹干衰老的過程可以持續(xù)數(shù)十年甚至百年，但是樹葉或者枝條衰老的過程或許只會(huì)持續(xù)幾個(gè)月，隨后新的葉子會(huì)生長(zhǎng)出來，周而復(fù)始。正因如此，研究植物衰老的過程也需要分為多個(gè)不同的層面。葉片便是其中之一。
植物葉片衰老與植物本身的生命周期相比，顯得非常短暫，但是本身卻同樣是復(fù)雜的生理過程，涉及細(xì)胞衰老、程序性細(xì)胞死亡、激素調(diào)控等多個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域。也正因如此，研究葉片衰老過程可以深入揭示植物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于推動(dòng)植物生物學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)展有重要意義。但與此同時(shí)，如何精準(zhǔn)量化植物葉片衰老狀態(tài)一直是植物發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的一大難題。
就在最近，這個(gè)問題被我國科學(xué)家尋得了突破口。
就在今年4月，我國南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講席教授郭紅衛(wèi)課題組聯(lián)合武漢華大生命科學(xué)研究院發(fā)表了題為“An Arabidopsis single-nucleus atlas decodes leaf senescence and nutrient allocation”的研究論文，其中構(gòu)建了模式生物擬南芥全生命周期單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并創(chuàng)新性地從單細(xì)胞水平上解析了葉片衰老進(jìn)程，描繪了碳/氮的源庫轉(zhuǎn)運(yùn)圖景。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)采用單核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)對(duì)覆蓋擬南芥整個(gè)生命周期的20個(gè)關(guān)鍵組織樣品進(jìn)行了測(cè)序分析，構(gòu)建了超百萬細(xì)胞核的高分辨率全圖譜。通過整合已有遺傳標(biāo)記信息，對(duì)單個(gè)組織及跨多發(fā)育時(shí)期分析中鑒定到的539個(gè)細(xì)胞群進(jìn)行了系統(tǒng)的注釋，最終明確了38種細(xì)胞類型。
并且基于此，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的揭示了重要細(xì)胞類型的發(fā)育動(dòng)態(tài)，并且構(gòu)建了跨器官保守性和器官特異性的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)葉片的衰老研究提供了重要的基礎(chǔ)和寶貴的資源。
與此同時(shí)，通過對(duì)已發(fā)表常規(guī)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步創(chuàng)建并驗(yàn)證了SAG-index和YAG-index兩個(gè)單細(xì)胞水平量化細(xì)胞衰老狀態(tài)的指標(biāo)。這兩個(gè)指標(biāo)可用來反映多器官的發(fā)育、細(xì)胞的分化及對(duì)脅迫條件的響應(yīng)，在其它植物物種中也同樣適用。這些重要的成果將植物衰老研究提升到了單細(xì)胞水平，為后續(xù)從多維度解析衰老相關(guān)分子機(jī)制提供了強(qiáng)有力的理論支持。
研究還發(fā)現(xiàn)，在葉片衰老過程中，營養(yǎng)的運(yùn)輸和分配是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。并且通過對(duì)碳氮營養(yǎng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)家族基因表達(dá)模式的分析，描繪了不同器官和細(xì)胞類型中碳/氮營養(yǎng)在源器官和庫器官中的轉(zhuǎn)運(yùn)圖景，并對(duì)關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行了遺傳和分子驗(yàn)證。揭示了植物在葉片衰老過程中碳和氮營養(yǎng)重分配的復(fù)雜機(jī)制，為理解植物營養(yǎng)分配提供了重要的分子基礎(chǔ)。
目前相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在南科大公開，感興趣的讀者可以自行查閱學(xué)習(xí)。
本文參考資料來源：南方科技大學(xué)科研部新聞網(wǎng)
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