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2025年8月22日，Developmental Cell期刊在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心唐威華研究組題為“Single-cell transcriptomic analysis highlights specific cell types manipulated by?Fusarium?head blight fungus leading to wheat susceptibility”的研究論文，通過單細胞轉錄組測序和激光顯微切割技術，系統解析了小麥幼苗胚芽鞘中各類型細胞對禾谷鐮孢菌 (Fusarium graminearum,Fgr) 以及非寄主鐮孢菌侵染的免疫差異應答。

小麥 (Triticum aestivum) 作為全球主要糧食作物，其生產常受到由禾谷鐮孢菌引起的赤霉病 (Fusarium head blight,FHB) 的嚴重威脅。由于目前尚未發現對FHB具有完全抗性的小麥品種，通過分子育種改造小麥易感基因已成為防控該病害的重要策略。傳統的整體轉錄組分析難以揭示不同細胞類型間的異質性響應，因此小麥各細胞類型如何協同調控免疫應答仍不清楚。

本研究首先采用單細胞轉錄組測序，系統分析了小麥胚芽鞘在接種適應性病原菌Fgr 和非適應性病原菌尖刀鐮孢菌(Fusarium oxysporum f. sp. cubense，Foc)后0-3天內的基因表達動態。結合激光顯微切割技術獲取的轉錄組數據，成功注釋了8種主要細胞類型：氣孔細胞、表皮細胞、綠色薄壁細胞、薄壁組織細胞、外鞘細胞、內鞘細胞、韌皮部細胞和原形成層細胞。

研究發現，韌皮部和外鞘細胞通過協同作用特異性調控非寄主抗性的快速建立。非寄主抗性表現為免疫激活局限在少數細胞的特征，而小麥胚芽鞘與Fgr的易感互作則呈現廣泛激活。擬時序分析進一步揭示，不同真菌病原體可誘導薄壁組織細胞和綠色薄壁細胞向不同的終末狀態分化，其中Fgr特異性地誘導綠色薄壁細胞進入低轉錄活性狀態。

本研究首次在單細胞分辨率上揭示了小麥幼苗響應非寄主鐮孢菌侵染的免疫反應局域化特征，提出了禾谷鐮孢菌推遲和減輕小麥的早期免疫反應與寄主建立易感互作關系。本研究結果為小麥抗赤霉病育種提供了新的理論依據和更多的抗病候選基因。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心已經畢業研究生魏萬千和在讀研究生李爽為論文共同第一作者，張棟副研究員參與了研究與分析，唐威華研究員為論文通訊作者。該研究得到農業農村部、國家自然科學基金、中國科學院先導B等項目資助。

論文鏈接：https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(25)00498-8

單細胞轉錄組分析揭示小麥胚芽鞘細胞對禾谷鐮孢菌以及非寄主鐮孢菌侵染0至3天的差異應答