近日，中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队在单细胞层面首次深入分析了玉米根系细胞对热胁迫的独特响应机制。研究不仅揭示了在热胁迫条件下植物根系的细胞多样性、不同类型根系间的差异及其分化路径，还确定了单子叶和双子叶植物应对热胁迫的关键核心基因。相关研究成果发表在国际知名学术期刊《自然通讯（Nature Communications）》，题为Single-cell transcriptomes reveal spatiotemporal heat stress response in maize roots的研究论文。
作为全球主要谷物之一，玉米近年来面临着由全球变暖和极端天气带来的产量挑战。根系对于维管植物的成长和发展至关重要，并有助于它们适应复杂的环境条件。因此，理解根系遗传潜力的调控机制，对于开发新的玉米耐热育种策略尤为重要。
当植物面临如高温等压力时，需要不同细胞之间精确协作，而特定细胞类型的差异化基因表达能够帮助我们了解玉米根系在热胁迫下的异质性反应。该研究利用单细胞转录组测序技术构建了一个包含超过35,000个有效细胞的时空转录图谱，识别出9种主要的细胞类型。研究表明，在热胁迫下，玉米根系的发展轨迹和基因表达模式表现出显著差异。此外，研究人员还构建了这9种细胞类型在热胁迫响应中的调控网络，鉴定了关键的核心基因，并发现高温环境下玉米的热损伤率和耐热性与其根皮层大小密切相关。这些研究成果为未来培育耐高温作物提供了全新的策略和目标。
中国农业科学院生物所普莉研究员和乐亮副研究员为本文通讯作者，生物所博士后王婷（现江西上饶师范学院）、博士生王繁华及北京格致博雅生物科技邓淑翰、王开来为共同第一作者。该研究得到农业生物育种重大专项、国家自然科学基金及中国农业科学院创新工程等项目的资助。
