单细胞转录组解析玫瑰花瓣响应灰霉感染的细胞与分子模式

　　本研究针对灰霉病(Botrytis cinerea)严重影响切花玫瑰采后保鲜的关键问题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术揭示了易感品种'Jumilia'花瓣的7种细胞亚群响应机制。研究发现表皮细胞构成物理防御屏障，维管组织加速病原扩散，同时鉴定出PMEs、PRPs、GST等关键防御基因，阐明了花青素合成暂时缓解感染的分子机制，为玫瑰抗病育种提供了新靶点。论文创新性运用单细胞技术解析观赏植物-病原互作，发表于《Horticulture Research》。

　　

灰霉病被称为切花玫瑰的采后"癌症"，由真菌Botrytis cinerea引起，可侵染1400多种植物。在中国最大的切花玫瑰产区云南，采后损失常超过30%。该病原体产生的次生代谢物能诱导宿主细胞凋亡，而玫瑰花瓣独特的圆锥形细胞结构更易加速病害爆发。传统防治依赖每周喷洒杀菌剂，带来高昂经济和环境成本。更棘手的是，感染初期花瓣出现的红斑会逐渐霉变，这个动态过程背后的细胞分子机制始终未明。

云南农业大学园林园艺学院的研究团队选择高感品种'Jumilia'，通过单细胞转录组技术首次绘制了玫瑰花瓣响应灰霉感染的细胞图谱。研究发现表皮细胞肿胀破裂的形态学变化与防御基因表达密切相关，而花青素合成相关基因Fra的瞬时高表达形成了"红色警报"防御反应。该成果发表于《Horticulture Research》，为理解观赏植物-病原互作提供了单细胞水平的创新视角。

研究采用三大关键技术：1) 建立玫瑰花瓣原生质体制备体系，对未感染(T0)、早期感染(T1红斑期)和中期感染(T2褐变期)样本进行10x Genomics单细胞测序，平均获得8000+高质量细胞；2) 结合扫描电镜观察表皮细胞形态变化，通过病毒诱导基因沉默(VIGS)验证RcFra等关键基因功能；3) 整合生理指标测定(花青素含量、抗氧化酶活性)与伪时序分析，解析表皮/Fra细胞分化轨迹。

【Single-cell transcriptome sequencing and gene expression profile of rose petals】
通过scRNA-seq获得24,000+细胞，鉴定出7个细胞亚群：表皮细胞(EC)、表皮/Fra细胞(EC/Fra)、木质部细胞(XC)、韧皮部细胞(PHC)、花瓣叶肉细胞(PMC)、保卫细胞(GC)和维管束鞘细胞(BSC)。扫描电镜显示感染过程中表皮细胞先肿胀后皱缩，细胞数量在T2期显著减少，而EC/Fra细胞在感染期增加2-5倍。相关性分析显示批量RNA-seq与单细胞数据高度一致(R=0.92)。

【Identification of the main cell clusters in rose petals】
基于标记基因鉴定细胞类型：EC高表达角质合成基因CUT1，PMC特异表达光合基因LHCB3，BSC富含转运蛋白基因VIT1。EC/Fra细胞独特表达草莓过敏原同源基因FRAA1A，原位杂交证实其在上、下表皮和维管组织均有分布。感染过程中BSC的差异基因最多(1617个)，其次是PHC(1075个)。

【DEGs analysis of epidermal cells in rose petals】
表皮细胞差异表达分析发现：冷旱调节蛋白COR_A
和类金属硫蛋白MT持续上调，可能通过清除ROS抵御感染；而水通道蛋白(PIP2-1、TIP1-1等)和细胞壁修饰酶(PME34、TPRP-F1)显著下调。KEGG分析显示氧化磷酸化和蛋白酶体通路激活，提示能量重编程参与防御。

【Pseudotime analysis of epidermis/Fra cells】
伪时序分析将EC/Fra细胞分为3种分化状态：状态1(99.2% T0细胞)代表静息期，状态2(99.65% T1细胞)关联花青素合成，状态3(70% T2细胞)呈现防御响应。关键基因ABP19A和HEL在T2期特异性高表达，与苯丙烷代谢(ko00940)和类黄酮合成(ko00941)通路激活相关。生理测定证实T1期花青素和飞燕草素含量达峰。

【Analysis of disease-related genes】
维管束鞘细胞中MAPK信号通路(ko04016)显著富集，WRKY22、MPK7等转录因子调控防御反应。VIGS实验显示沉默RcFra和RcTIP2增大病斑面积，而沉默内切几丁质酶基因RcEP3减轻症状。共表达网络揭示FRAs、GST、PR等基因形成协同防御模块，其中谷胱甘肽S-转移酶(GST)可能通过解毒作用增强抗性。

研究构建了玫瑰花瓣响应灰霉感染的级联反应模型：病原体首先突破表皮物理屏障，激活FRAs介导的花青素防御；随后通过维管系统快速扩散，并抑制水通道蛋白表达导致细胞脱水；最终下调细胞壁修饰基因(PMEs/PRPs)促进组织坏死。该研究首次在单细胞层面揭示：1) 表皮/Fra细胞分化轨迹与次级代谢物防御的时空关联性；2) 水通道蛋白介导的水分运输与抗病性的新关联；3) GST-几丁质酶协同防御机制在观赏植物中的保守性。这些发现为开发玫瑰抗病育种分子标记和采后保鲜新策略提供了理论依据，同时建立的单细胞研究体系为其他观赏植物病害研究提供了方法学参考。