得益于雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻的遺傳學(xué)研究，植物發(fā)育生物學(xué)在過(guò)去 40 年里取得了長(cháng)足發(fā)展。植物分生組織（干細胞）的建立與維持機制、重要組織和器官的分化軌跡及其核心調控網(wǎng)絡(luò )已初步建立。這些基礎知識為作物農藝性狀的分子調控解析與設計改造奠定了良好的基礎。
然而，隨著(zhù)正向遺傳學(xué)（forward genetics）篩選的日趨飽和，基因功能的冗余性逐漸成為植物新基因挖掘的巨大障礙，導致了新基因發(fā)現速率下降。
2025 年 8 月 18 日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心王佳偉團隊（薛皓晨、徐洲更、劉玉潔為共同第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：A unified cell atlas of vascular plants reveals cell-type foundational genes and accelerates gene discovery 的研究論文。
該研究突破了植物單細胞轉錄組測序底層技術(shù)難點(diǎn)，繪制世界首個(gè)維管植物整合細胞圖譜，通過(guò)系統鑒定維管植物各類(lèi)細胞的底層基因（cell-type foundational gene），突破了基因高效挖掘的瓶頸，發(fā)現了新的調控因子和細胞類(lèi)型，為植物發(fā)育生物學(xué)研究提供了一個(gè)全新的研究范式。
在這項最新研究中，研究團隊針對植物基因發(fā)現速度放緩的挑戰，創(chuàng )新性地構建了一個(gè)跨物種維管植物（vascular plants）莖尖單細胞整合圖譜（shoot apex single-cell atlas），結合6個(gè)代表性物種（跨越蕨類(lèi)、裸子植物和被子植物等進(jìn)化分支），揭示了植物關(guān)鍵細胞類(lèi)型的基礎基因框架，顯著(zhù)提升了基因功能挖掘的效率。
傳統的正向遺傳學(xué)（forward genetics）篩選因隨機突變覆蓋率飽和導致新基因發(fā)現速率下降。研究團隊通過(guò)跨物種單細胞轉錄組圖譜系統比較找到保守細胞類(lèi)型的核心基因模塊（cell-type foundational genes），例如表皮、木質(zhì)部、韌皮部相關(guān)的基因集合，實(shí)現精準靶向候選基因篩選，避免隨機突變的冗余。
研究團隊發(fā)現了新型調控因子與細胞類(lèi)型，包括此前未被發(fā)現的蛋白類(lèi)型 X8 結構域蛋白（X8 domain proteins）和 JULGI-LIKE 蛋白，它們是韌皮部發(fā)育的調控因子。研究團隊還在蕨類(lèi)和裸子植物中識別出全新細胞類(lèi)型--類(lèi)伴胞細胞（companion cell-like cells）。
此外，研究團隊還開(kāi)發(fā)了用于維管植物細胞類(lèi)型的自動(dòng)化細胞分類(lèi)算法工具，加速單細胞數據的解析與應用。這項研究為識別植物細胞類(lèi)型的關(guān)鍵調控因子建立了一個(gè)高分辨率框架，并為研究植物細胞類(lèi)型進(jìn)化樹(shù)立了一個(gè)創(chuàng )新范例。
該研究的亮點(diǎn)：
通過(guò)整合細胞圖譜識別維管植物的泛細胞群；
揭示支撐植物細胞類(lèi)型的核心底層基因；
通過(guò)細胞類(lèi)型底層基因加速韌皮部基因發(fā)現；
開(kāi)發(fā)了一種用于維管植物的自動(dòng)化細胞類(lèi)型注釋工具。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00858-X
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