冷泉港实验室的科学家揭示了植物干细胞的秘密，绘制了玉米和拟南芥的关键基因调控图谱。通过使用单细胞RNA测序，他们创建了一个基因表达图谱，识别出稀有的干细胞调控因子，将其与作物大小和生产力联系起来，并为培育抗逆高产植物提供了新路线图。
如今，冷泉港实验室（CSHL）的植物生物学家首次在数千个玉米和拟南芥芽细胞中绘制了两种已知干细胞调控因子的图谱。他们的研究还在两个物种中发现了新的干细胞调控因子，并将其中一些与玉米的大小变异联系起来。这种回收稀有干细胞的方法可应用于整个植物界。CSHL教授大卫·杰克逊解释道：“理想情况下，我们想知道如何制造干细胞。这将使我们能够更好地再生植物，并让我们理解植物多样性。人们非常兴奋的一件事是培育更具韧性或更高产的新作物。我们目前还没有一个完整的调控因子列表——也就是实现这一目标所需的基因。”
杰克逊和他的同事首先聚焦于两个著名的干细胞调控因子，称为CLAVATA3和WUSCHEL。杰克逊实验室的前博士后许晓萨精细解剖了一小片含有干细胞的玉米和拟南芥芽。然后，团队使用“微流控”机器分离每个细胞，将其RNA转化为DNA，并用标签标记，以识别它来自哪个细胞。
这个过程称为单细胞RNA测序，允许研究人员同时查看数千个细胞中的基因表达情况。“伟大之处在于，你拥有了这个基因表达图谱，”杰克逊说。“当我们发表这个时，整个学界都可以使用它。其他对玉米或拟南芥干细胞感兴趣的人不必重复实验，他们将能够使用我们的数据。”
单细胞RNA测序使团队回收了约5,000个表达CLAVATA3的细胞和1,000个表达WUSCHEL的细胞。接下来，他们识别了数百个在玉米和拟南芥干细胞中优先表达的基因，表明它们可能在许多植物物种中具有进化重要性。由此，他们能够将某些干细胞调控因子与玉米的生产力联系起来。这种联系有朝一日可能帮助育种者选择特定品系，用于食品、动物饲料或燃料生产。
“这是基础知识，可以指导未来十年的研究，”杰克逊说。“它不仅可供发育生物学家使用，还可供生理学家使用——他们思考玉米穗如何生长以及如何提高生产力——然后育种者也可以使用。”