科学家用单细胞技术绘制马铃薯-晚疫病菌互作图谱

本报讯（记者李晨）近日，中国科学院院士、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文团队与南京农业大学教授董莎萌课题组合作，在单细胞分辨率下解析了马铃薯叶片与晚疫病菌互作的宿主微环境动态变化，提出了晚疫病病程新模型。近日，相关研究成果在线发表于《自然-植物》。

马铃薯作为全球最重要的非谷物作物之一，长期受到晚疫病菌的严重威胁，每年因此损失近百亿美元。虽然人们自1845年开始研究晚疫病，但其致病机理和病程发展模式仍不清楚。传统晚疫病致病机理研究多基于组织水平的转录组分析，难以充分揭示细胞异质性和空间协调性，而单细胞空间转录组技术为解析晚疫病病程中的精细机制提供了支持。

研究团队通过对接种晚疫病菌的马铃薯叶片进行空间转录组分析，成功获得了73271个高质量单细胞数据。通过整合细胞形态标记和基因表达谱，他们鉴定了叶片中的主要细胞类型，并揭示了不同细胞类型响应病原菌的异质性和统一性。

根据病原菌的空间分布，研究团队将寄主细胞划分为病原靶向细胞（PTCs）和PTC周质细胞（SPCs）。研究发现，这两种细胞状态在免疫应答中有不同的功能：PTCs作为前线防御细胞，主要激活细胞壁加固和氧化还原平衡等局部物理化学屏障；SPCs则扮演协调者角色，通过上调钙信号、系统获得抗性相关基因，负责协调系统性免疫信号。

研究首次在单细胞水平系统揭示了马铃薯-晚疫病菌的互作分子基础，发现了一批可能具有重要功能的基因，提出了晚疫病病程中的关键细胞类型和病程模式，阐明了植物免疫在细胞水平的“分工协作”机制。研究对在单细胞空间层面理解植物-病原微生物互作具有重要的理论指导意义，为未来抗病作物品种的培育提供了新的靶标和策略。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02181-9