毛竹与拟南芥顶端分生组织的单细胞转录组比较分析

摘要

【目的】探索跨物种单细胞整合方法在植物中的应用，揭示毛竹与拟南芥顶端分生组织（SAM）细胞类型在单细胞转录组水平上的保守性与差异性。【方法】基于鉴定出的直系同源基因对，对毛竹和拟南芥的SAM单细胞转录组数据进行整合，并利用典型相关分析（CCA）进行批次矫正，以消除物种间的技术偏差。随后，使用一致流形逼近与投影（UMAP）方法对跨物种整合的细胞分布模式进行可视化分析，并通过斯皮尔曼相关性分析和跨物种保守标志基因鉴定，探究不同细胞类型的转录组相似性及其功能特征。【结果】（1）共鉴定出23个细胞类群，在UMAP可视化空间中，大部分细胞按物种来源聚集在不同区域，但部分细胞类群在两个物种间出现明显重叠，表明这些细胞在转录组水平上具有较高相似性。（2）进一步分析发现，重叠区域主要由表皮细胞和维管组织细胞组成，表明这类组织在植物演化过程中较为保守；相关性分析结果进一步证实了这些保守细胞类型之间基因表达的相似性。而其他细胞类群则表现出较大的物种特异性，且为多种细胞类型的混合。（3）共鉴定出183个跨物种保守的标志基因，这些基因在两个物种中的特定细胞类型中均特异表达，功能分析揭示了其在植物发育和进化中的关键作用。【结论】本研究揭示了毛竹与拟南芥保守细胞类型的核心功能特征，为植物进化机制提供了新的视角，并为非模式植物的功能基因发掘和研究奠定了数据基础。

关键词

毛竹 / 拟南芥 / 直系同源基因 / 跨物种整合 / 单细胞转录组 / 保守细胞类型 / 标志基因