2023年11月8日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿團隊和上海師范大學王文琴團隊在Nature Communications在線發表題為“Spatial transcriptomics uncover sucrose post-phloem transport during maize kernel development”的研究文章。該研究率先利用空間轉錄組方法詳細劃分了玉米籽粒灌漿期不同細胞功能亞群，揭示了光合同化產物從進入籽粒到合成淀粉、蛋白和脂類等儲藏物質過程的空間轉錄特征。

　　玉米是全世界種植最廣泛且最高產的作物之一，年平均產量高達10億噸。玉米籽粒是一個高度復雜的系統，由多達數百萬個細胞組成，包括來自母體的二倍體種皮，子代基因型的三倍體胚乳以及二倍體的胚組成。構成這三種組織器官的細胞在種類和功能上各不相同，但它們相互協調，形成獨特的微環境，以維持不同類型的細胞數量，構成有時空差異的功能分區。比如玉米籽粒灌漿開始前，胚乳細胞要經歷活躍的有絲分裂和分化，細胞迅速增殖并形成完整的胚乳組織，主要包括四種細胞類型：胚乳基部轉移層（basal endosperm transfer layer，BETL）、糊粉層（aleurone layer，AL）、胚周圍區（embryo surrounding region，ESR）、淀粉胚乳細胞（central starchy endosperm，CSE）。另外，這幾類細胞還能衍生出一些亞細胞類型：亞糊粉層（subaleurone，SA）、傳導區（conducting zone，CZ）和基部中間區（basal intermediate zone，BIZ）。然而上述細胞分類主要基于細胞形態觀察和數量極少的特異表達基因，一般轉錄組研究得到的基因表達譜缺乏空間信息，研究者對每個細胞群體的具體功能了解非常有限，也制約了對籽粒發育和灌漿調控的深入了解，以及優異基因的挖掘。因此，我們對玉米灌漿期籽粒進行了顯微切片和空間轉錄組學研究，不僅實現了高通量可視化所有基因的電子原位雜交圖譜，也鑒定了11個細胞群和332個分子標記基因，繪制真正的“玉米籽粒電子原位雜交”和“分子細胞學”圖譜。此外，我們還系統構建了籽粒灌漿時各個組織功能區發生的關鍵事件（信號傳導，營養運輸，蛋白、淀粉、脂類合成和存儲等）和全局基因網絡調控圖，全面挖掘知之甚少的在信號傳導和營養運輸上發揮重要作用的關鍵基因，通過探索它們的生物學功能，為提升玉米產量和品質提供新的基因資源。

　　四川農業大學和上海師范大學的博士生符語昕和碩士生肖文昕為本文的共同第一作者，上海師范大學王文琴教授和中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究員為本文共同通訊作者。上海師范大學碩士生田浪和吳興國；中國科學院分子植物科學卓越創新中心博士生郭亮星、馬光近、冀晨、副研究員王婕琛、研究員王海海；四川農業大學黃永財教授、楊桃教授、王際睿教授也參與了合作。本研究得到十四五重大研發計劃2022YFF1003302（巫永睿和王文琴）和國家自然科學基金（王文琴32072008和32372068，巫永睿31830063和31925030）的資助。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43006-7

實驗原位雜交和電子原位雜交對比圖