近日，生命与环境科学学院王慧中教授团队在红豆杉细胞特异的紫杉烷合成调控研究上取得最新进展，相关成果连续以Integrated mass spectrometry imaging and single-cell transcriptome atlas strategies provide novel insights into taxoid biosynthesis and transport in Taxus mairei stems和Mass spectrometry imaging and single-cell transcriptional profiling reveal the tissue-specific regulation of bioactive ingredient biosynthesis in Taxus leaves 为题，发表于国际著名的植物学期刊The Plant Journal和Plant Communication。

红豆杉又称紫杉，国家一级珍稀保护树种，也是世界上公认的的第四纪冰川遗留下来的古老树种。在中国，红豆杉一般分布在亚热带或暖温带的阔叶林中，如云南、江西、浙江、福建等省份。科学家利用红豆杉提取物——紫杉醇制成的抗癌药物，是治疗转移性卵巢癌和乳腺癌的药物之一，具有极高的社会价值和经济价值。紫杉醇在红豆杉茎中分布不均，且含量极低，其合成调控途径已成为当前研究的热点问题。但是，包括紫杉烷化合物在内的众多活性成分在红豆杉叶片中的分布模式，以及形成差异分布的分子机制尚且不清楚。

研究人员通过制备红豆杉幼茎和叶原生质体，得到了1.09 × 107个每毫升密度单细胞的高标准原生质体材料。经分离纯化，得到21233个红豆杉幼茎组织单细胞和8846个叶片组织单细胞。通过高通量单细胞测序，绘制了红豆杉幼茎和叶单细胞表达图谱，平均单细胞基因检测数为2996，表明了红豆杉茎和叶组织均具有高度的细胞异质性。基于细胞特异标记基因，将所得茎单细胞分为18个茎细胞类群，将所得叶单细胞分为15个细胞类群，提供了南方红豆杉茎和叶片器官的单细胞表达谱，为解析次生代谢的细胞间差异化调控机制奠定了基础。

在单细胞测序的基础上，研究者提出了转录因子筛选的新标准：①相似的单细胞表达模式+②上下游对应的反式作用元件（cis-elements）。基于上述标准，鉴定得到了多个细胞特异表达的转录因子，诸如MYB17, WRKY12, WRKY31, ERF13, GT_2和bHLH46，并预测了其下游次生代谢相关靶基因。并指出，T14OH、T5OH和TS基因主要在内皮层细胞群中表达，T10OH和DBTNBT基因主要在木质部薄壁细胞群中表达，DBAT基因在外皮层细胞群中表达。基于单细胞表达谱，筛选得到了包括MYB，TEM，RAV，NAC家族成员在内的大量细胞群特异表达转录因子，预测了它们的下游靶基因。该系列研究利用最新的质谱成像技术，绘制了紫杉烷类化合物在红豆杉幼茎和叶片中的可视化分布图，为红豆杉资源的高效利用提供了理论依据。以单细胞水平的分辨率建立了红豆杉幼茎和叶中主要细胞类型的表达图谱，为进一步研究细胞特异的紫杉烷合成调控机制提供了基础。

杭州师范大学生命与环境科学学院俞春娜副教授为The Plant Journal论文的第一作者，展晓日副教授为Plant Communications论文的第一作者。该成果接受国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等资金资助。

作者简介：

展晓日，副教授，主要研究方向为药用植物分子生物学，主持国家自然科学基金青年项目1项，参与各级项目多项。近五年，以第一作者发表SCI论文6篇。

俞春娜，副教授，主要研究方向为药用植物分子生物学，先后主持国家自然科学基金青年项目和面上项目各1项，杭州市科技发展计划项目1项。近五年，以第一作者发表SCI论文7篇。

沈晨佳，副研究员，长期以模式植物及药用植物石斛、红豆杉等为研究对象，从事比较基因组学及相关生物信息学研究。主持国家自然科学基金项目2项，浙江省自然科学基金项目3项，杭州市科技局项目1项。浙江省中青年学科带头人，入选杭州市“131”中青年人才培养计划（第三层次）、杭州师范大学卓越人才（第五层次）。

王慧中，二级教授、博士生导师、中国国民党革命委员会杭州市委员会副主委、杭州市人大常委、浙江省人大代表。主要研究方向为药用植物分子生物学，先后主持多项国家自然科学面上项目，浙江省重点研发项目。

王慧中教授团队长期专注于红豆杉和“浙产道地药材”等药用植物药效成分形成的遗传基础研究，致力于将前沿性基础研究成果应用和服务于社会发展和人民健康重大需求，推动药用植物基础研究和产业化发展。