近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的研究团队在植物单细胞研究领域取得重要技术突破。他们通过底层方法创新，成功开发了一种名为 FX-Cell 的新型植物单细胞制备方法，有效解决了长期以来制约植物高通量单细胞转录组测序(scRNA-seq)应用的样本制备难题。
单细胞转录组测序技术能够揭示复杂组织内每个细胞的基因表达状态，是绘制细胞图谱、解析发育机制和发现新细胞类型的革命性工具。该技术在动物及医学研究中已广泛应用，并催生了大量突破性发现。然而，在植物与农业科学研究中，其应用却长期面临一个根本性挑战：如何高效、高活性地制备高质量的单细胞悬液。
植物细胞因其坚韧的细胞壁结构，难以像动物细胞一样通过常规酶解或机械方法解离。特别是对于木质化程度高、纤维含量大的“难以酶解组织”(如茎、根、种子)，以及从田间直接获取或经过冻存处理的珍贵样本，现有方法往往效率低下、细胞得率与活性差，导致大量重要生物学样本无法进入单细胞研究体系，严重阻碍了植物细胞功能图谱的系统绘制。
面对这一共性技术瓶颈，研究团队独辟蹊径，从样本前处理的底层原理进行创新，开发了FX-Cell方法：在酶解前，将新鲜的植物样品在Farmer溶液中进行固定。为避免高温酶解时细胞中mRNA的降解，团队进一步利用基于GMP Sepharose/Agarose柱的亲和纯化方法，去除了细胞壁酶解液中的RNase。团队还发现，在原生质体制备过程中添加tRNA和tri-GMP等RNase抑制剂可以保护mRNA，提高其稳定性，从而提高单个细胞的基因捕获数量。
水稻和拟南芥根尖的测试显示，FX-Cell具有可重复性高、单个细胞基因捕获数量与常规scRNA-seq持平且优于snRNA-seq的优点。植物组织在酶解前就已固定，因此在所获的单细胞图谱中，原生质体化带来的转录组改变被基本消除。
FX-Cell为植物单细胞生物学研究提供了一个强大、通用的“钥匙”，解锁了此前无法触及的大量珍贵样本和重要组织类型，有望加速完成全球重要农作物的全器官、全生育期单细胞图谱的绘制。同时，通过精准鉴定具有特殊功能(如高效固氮、抗逆、高产)的细胞群体，可为培育突破性作物新品种提供新的靶标与策略。
相关研究成果FX-Cell: a method for single-cell RNA sequencing on difficult-to-digest and cryopreserved plant samples于近日在线发表在《自然-方法》(Nature Methods)上。
参考来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心
作者：杨
