气孔是由成对的保卫细胞形成的，在植物对陆地的定殖过程中起着至关重要的作用。植物气孔参与调节蒸腾作用以及与环境之间的气体交换。气孔谱系细胞的命运决定是可追踪的，不可逆的，并产生特异的分化细胞类型。因此，气孔发育是人们在单细胞水平上研究多种命运特异性遗传程序的相互作用以及外部环境因素对不同细胞类型命运决定的影响的优异模型。尽管气孔谱系细胞发育的调控机制已被广泛研究，但基于单细胞转录组分析对这一生物学过程的全面解析尚未报道。

我们对从5日龄拟南芥幼苗子叶中获得的12844个细胞进行single cell RNA序列分析。通过tSNE分析鉴定到了11个细胞簇，包括与气孔发育阶段细胞相对应的细胞簇。通过分析不同类型的细胞中特异表达的基因，解析了不同的细胞中基因表达模式并鉴定了每种类型的细胞中最显著表达的标记基因。随后通过基因本体论 (Gene Ontology) 分析，解析了每种类型细胞中显著富集表达下基因所参与的生物学功能。为了分析气孔细胞早期发育阶段的基因表达调控机制，研究者构建了气孔分生母细胞中基因表达的转录因子调控网络。进一步通过分析所鉴定的标记基因和转录因子的拟南芥突变体的气孔发育表型，确定了这些基因在调控气孔发育中所扮演的重要角色。

2020年6月24日，该研究结果以“Global Dynamic Molecular Profiles of Stomatal Lineage Cell Development by Single-Cell RNA Sequencing”为题发表在Molecular Plant杂志上。该研究为利用单细胞RNA测序技术在鉴定新的标记基因以及解析气孔谱系细胞发育的调控机制提供了新的研究思路和技术体系。

细胞类型代表性Marker基因的鉴定