在寒冷的冬季，植物们也在默默应对严寒的挑战。近日，中国农业科学院郑州果树研究所的猕猴桃研究团队在《HorticultureAdvances》杂志上发表了一项突破性研究，他们利用先进的单细胞测序技术，首次在单细胞水平上，揭开了猕猴桃抵御寒冷的分子秘密。

  图注：不同抗寒性猕猴桃种质叶片单细胞测序

  给猕猴桃细胞分类画像

  研究植物抗寒机制，仅从整体分析是不够的，需要了解不同细胞的具体情况。过去，科学家们研究植物抗寒机制时，通常是将整株植物或某个器官的所有细胞混在一起分析，难以精准定位关键的细胞类型和基因。

  而这次研究团队使用的单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，能够单独分析每个细胞的基因表达情况。他们从两种猕猴桃——普通的“红阳”猕猴桃（HY，怕冷型）和抗寒品种（HT，耐寒型）的叶片中，分别分离出了5611个和13466个单细胞。通过分析每个细胞的基因表达，最终构建出了猕猴桃叶片的单细胞转录图谱。

  研究人员利用UMAP聚类分析技术，将这些细胞分为8个不同的细胞类型，包括叶肉细胞、表皮细胞、保卫细胞、木质部细胞等。每种细胞类型都有其独特的基因表达特征。

  保卫细胞和叶肉细胞的抗寒差异

  在这场抗寒研究中，保卫细胞和叶肉细胞这两种细胞群体引起了科学家的特别关注。保卫细胞控制着气孔的开合，调节水分蒸发和气体交换；叶肉细胞负责光合作用制造养分。

  通过伪时间轨迹分析技术，研究人员追踪了这两种细胞在不同猕猴桃品种中的发育路径。结果发现，在耐寒型（HT）和怕冷型（HY）猕猴桃中，这两种细胞的发育轨迹存在明显不同。

  在怕冷的HY猕猴桃中，保卫细胞占比高达40%；而在耐寒的HT猕猴桃中，保卫细胞比例骤降到2%，叶肉细胞比例则显著增加。这表明猕猴桃可能通过调整不同细胞类型的比例来适应寒冷环境——减少保卫细胞以降低热量损失，增加叶肉细胞以储备更多能量和物质。

  更重要的是，叶肉细胞在HT猕猴桃中表现出更多与抗氧化和应激反应相关的基因表达，能更好地应对寒冷带来的损伤；而HY猕猴桃的叶肉细胞则更多表达与脂肪酸代谢相关的基因，主要通过消耗储备物质来应对寒冷。

  发现关键的抗寒负调控基因

  研究人员还发现了一个关键的抗寒负调控基因——AaTIFY。这个基因的表达量越高，猕猴桃的抗寒能力就越弱。

  为了验证这一发现，科学家们进行了实验：他们将AaTIFY基因导入普通猕猴桃中，让其过量表达。结果显示，这些“高表达AaTIFY”的猕猴桃在寒冷环境下表现得更差，叶片萎蔫更严重，细胞受损更明显。

  进一步研究发现，AaTIFY属于TIFY基因家族，该家族成员通常参与植物激素茉莉酸的信号传导。在耐寒的HT猕猴桃中，这个基因的表达被抑制，从而提升了整体的抗寒能力。这一发现为猕猴桃抗寒育种提供了精准的基因靶点，未来通过基因编辑技术抑制这个基因，就能培育出更耐寒的猕猴桃品种。

  这项研究的意义不仅在于揭示了猕猴桃的抗寒机制，更重要的是，它首次将单细胞测序技术应用于猕猴桃研究，为植物抗逆性研究提供了全新的视角。（宋雅娟）