💡这项突破是什么?
南湖新闻网讯（通讯员 施雪萍）近日，我校植物维管生物学实验室施雪萍副教授课题组在国际期刊The Plant Cell发表题为“Tangential single-cell spatial transcriptomics resolves early ray lineage trajectory in poplar”的研究论文。该研究聚焦领域内两大关键科学难题：一是射线细胞的分化起源与环境响应机制尚不明确；二是维管形成层中纺锤状原始细胞与射线原始细胞难以精准区分。这些问题长期制约着木材发育机制研究的深入开展。
针对上述难题，研究团队以 717 杨为试验材料，开展了为期两年的田间定点连续动态监测。结果表明，杨树木射线细胞的数量、大小和分布面积等核心性状呈现稳定的季节性动态变化，其中日照时长、太阳辐射强度和环境温度是影响射线细胞发育的关键环境因素。进一步的时间序列转录组分析揭示，外界环境信号可通过调控维管形成层及早期射线细胞的细胞周期状态，直接影响木射线的发育进程。
图1影响射线细胞发育的关键环境因素解析
图2 时间序列转录组分析揭示外界环境信号对木射线发育的影响
针对传统横切面制片难以高效捕获射线形成层细胞的技术瓶颈，研究团队创新性地采用维管组织束间形成层切向切片策略开展空间转录组测序，显著提高了射线形成层细胞的检出效率和鉴定精度，为解析射线细胞发育机制建立了可靠的技术体系。基于22597个拟单细胞表达谱数据，团队在组织原位精准鉴定出纺锤状原始细胞、两类射线原始细胞及处于不同分化阶段的木质部射线前体细胞，成功重建了木射线早期连续发育的谱系轨迹。RNA原位杂交实验进一步验证了研究结果的科学性与可靠性。
图3 利用切向切片空间转录组分析重建木射线早期发育谱系轨迹
通过多组学数据的整合分析，团队筛选鉴定出227个参与射线谱系发育的核心候选基因。分子特征分析显示，木射线早期发育具有区别于轴向维管细胞的独特调控模式：染色质调控和核糖体生物发生相关基因显著富集，而转录因子编码基因所占比例相对较低。这一发现为揭示射线细胞命运决定的核心分子机制提供了新的研究思路。
该研究首次将高分辨率空间转录组技术应用于形成层切向切片分析，突破了传统研究方法的技术局限，为木材发育生物学领域的射线发生机制研究提供了全新视角。研究成果同时为系统阐明木材形成的核心机制、开展林木材性定向改良、培育适应气候变化的优质林木新品种提供了重要理论依据和珍贵基因资源，对推动林木遗传育种具有重要意义。
我校园艺林学学院已毕业博士生戚成和、在读博士生丁锐为该论文共同第一作者，施雪萍副教授为通讯作者。华中农业大学郑波教授、包满珠教授、王永健教授，以及浙江农林大学李全梓教授、南开大学张静教授参与研究并给予重要指导。该研究得到国家重点研发项目和国家自然科学基金的资助。
原文链接：https://academic.oup.com/plcell/article/38/9/koag275/8790456?login=true
【英文摘要】Vascular cambium drives secondary growth in woody plants, yet its closely related stem-cell populations—fusiform and ray initials—are difficult to distinguish, limiting resolution of early ray fate specification. In Populus tremula × P. alba clone 717, we integrated a two-year biweekly field survey of xylem ray anatomy with time-series stem transcriptomes and single-cell-resolution tangential spatial transcriptomics to resolve early ray-lineage states in situ. Across two growing seasons, ray cell number and size/area traits showed reproducible dynamics and were most strongly associated with daylength, radiation and temperature averaged over the preceding 1-4 weeks. Co-expression analysis identified gene modules that covary with ray traits and these environmental indices. By enhancing recovery of ray cambial cells through tangential sectioning, we generated a single-cell-resolution spatial transcriptomic atlas that distinguishes fusiform initial cells (FICs) and ray initial cells (RIC_1/2), and reconstructs a continuous early ray trajectory from FICs to RICs and xylem ray precursor cells (XRP_1-3), supported by RNA in situ hybridization. Integrating field-linked candidates, public scRNA-seq resources, and spatial markers, we identified 227 ray-lineage candidates, enriched for chromatin/nuclear functions and ribosome biogenesis, with relatively few transcription factors. These results provide stage-resolved markers and candidates for dissecting ray development and its seasonal environmental covariation.
