近日，浙江农林大学森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室山核桃团队在Cell子刊《Trends in Plant Science》（中科院1区Top，IF_-5yr＝21.3）发表题为“Mapping plant cell-type-specific responses to environmental stresses”（《植物细胞类型特异性环境胁迫响应图谱》）的综述论文。文章系统阐述了单细胞/单核RNA测序（single-cell/nucleus RNA sequencing，sc/snRNA-seq）和空间转录组学（spatial transcriptomics，ST）技术在解析植物细胞类型特异性胁迫响应机制方面的最新进展，为培育适应气候变化的新型农林作物提供了重要理论基础。

随着全球气候变化加剧，极端天气事件频发，农林作物面临着日益严重的生物胁迫（病原体侵染）和非生物胁迫（高温、干旱、盐碱等）双重挑战。传统的转录组测序提供了不同环境胁迫下组织水平的平均化数据，掩盖了个体细胞之间的差异性，因此深入理解细胞水平上的响应变得愈发紧迫。针对上述科学问题，研究团队指出单细胞技术可突破这一局限，得以解析细胞异质性。该综述首先评估了显微操作、微流控、FACS/MACS分选及激光捕获显微切割等分离策略，并比较了原生质体分离（scRNA-seq）与细胞核提取（snRNA-seq）技术，提出前者易激活非特异基因的表达变化，后者更适用于木质化或胁迫处理样品，原位检测技术（MERFISH、Stereo-seq等）则保留组织微环境信息，可解析基因表达的空间梯度。

图1.从传统Bulk RNA测序到单细胞RNA测序再到空间转录组学的技术

该论文汇总了近年来利用单细胞/单核RNA测序和空间转录组学技术获得的突破性发现，涵盖拟南芥、水稻、小麦、玉米、番茄等12种重要作物和模式植物，涉及生物胁迫（细菌、真菌、病毒侵染）和非生物胁迫（高温、干旱、盐胁迫、营养缺乏）两大类别。研究表明，植物应对胁迫时的细胞间相互作用并非独立通路的简单叠加，而是重塑信号层级、改变细胞状态轨迹，并在组织中重新分布空间响应模式。植物免疫以“防御微域”（defensive microdomains）形式精准启动，而非在组织中均匀部署。这些免疫响应在空间上被限制在病原体邻近区域，通过协调的细胞间信号在相邻细胞中触发分层激活，包括Ca²⁺、ROS和SA依赖的信号。与局部化的生物胁迫响应不同，高温、干旱等非生物胁迫往往影响整个器官，但单细胞研究揭示，即使在这种系统性胁迫下，不同细胞类型仍展现独特的适应策略。

图2.通过sc/snRNA-seq和ST鉴定的植物细胞对环境信号响应的不同模型

本研究通过构建植物细胞级环境胁迫响应图谱，为突破传统育种技术瓶颈、创制适应气候变化的新型高产抗逆农林作物新种质提供关键理论支撑和技术路径，助力实现种业科技自立自强与农业可持续发展。

浙江农林大学森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室为该论文第一单位和唯一通讯作者单位，全国重点实验室山核桃团队Muhammad Ali副教授、王正加教授为共同第一作者，沈锦波教授为唯一通讯作者。浙江农林大学王懿祥教授、郑州大学郭秋月、四川农业大学蔡易教授、浙江大学杜鹃教授、杭州师范大学皮二旭教授、荷兰莱顿大学（Leiden University，Netherlands）丁平涛教授均对本研究做出重要贡献。

该研究获得国家自然科学基金林草联合重点项目、浙江省杰青项目等多项基金资助。

全文链接：https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(26)00057-9

（全国重点实验室山核桃团队）