近日，中国热科院生物所功能基因组与分子育种研究团队首次在单细胞水平系统解析了香蕉根尖应对Foc TR4侵染的细胞类型特异性调控网络，为香蕉抗枯萎病分子机制研究和基于金属离子调控的抗病品种设计提供新思路。

香蕉是全球超过4亿人口的主食作物，其中40%以上的产量依赖“巴西蕉”（Cavendish）。然而，香蕉枯萎病（Fusarium wilt）由尖孢镰刀菌古巴专化型热带4号小种（Fusarium oxysporum f. sp. cubense TR4, Foc TR4）引起，是当前全球香蕉产业面临的最严重威胁之一。Foc TR4 能直接侵染香蕉根系，沿维管束扩展，导致植株萎蔫甚至死亡，对世界香蕉安全生产构成巨大挑战。

团队研究鉴定了来自19个细胞群的10种主要细胞类型，并通过拟时序分析探索了分生细胞、根冠细胞和中柱鞘细胞的分化轨迹，发现中柱鞘细胞是Foc TR4侵染下的主要响应细胞类型。鉴定了11个共表达调控网络，其中8个与Foc TR4响应显著相关。尤其是在M5模块中，转录因子MaKAN4与两个Zn²⁺依赖基因（MaACA7和MaADH3）共表达，该模块与中柱鞘细胞特异相关并参与Foc TR4响应。进一步研究表明，MaKAN4蛋白能够与MaACA7和MaADH3的启动子互作并促进其表达，揭示了MaKAN4通过调控Zn²⁺依赖的MaACA7/MaADH3模块在香蕉抗病中发挥关键作用。综上所述，本研究为解析香蕉根尖细胞命运差异表达提供了单细胞图谱，同时为揭示香蕉应答Foc TR4侵染的调控机制提供了新见解。

图1.Foc TR4感染后香蕉根尖中柱鞘细胞的拟时轨迹分析

图2.中柱鞘细胞中Zn 2 +依赖MaKAN4-MaACA7/MaADH3模块应答Foc TR4感染的分子机制

相关研究以“Single-cell transcriptome atlas unveils transcriptional regulation networks of banana root tips in response to Fusarium oxysporum infection”为题发表在《Horticulture Research》。中国热带农业科学院热带生物技术研究所霍恺森助理研究员、李美英研究员、海南大学硕士研究生蓝东旭为共同第一作者。中国热带农业科学院胡伟研究员、谢江辉研究员、丁泽红研究员为文章的共同通讯作者。该研究得到热带作物生物育种全国重点实验室项目、海南省科技人才创新项目、海南省自然科学青年基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf220