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该研究利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）构建白菜春化响应的单细胞时空转录组图谱，发现叶肉细胞呈双相低温响应，维管组织高表达开花相关基因，揭示 BrFLC 等基因表达动态与细胞数量变化相关，为春化作用的定量调控机制提供新见解。
春化响应的单细胞时空转录组研究背景
许多温带植物需经历长时间低温（春化作用）以加速开花，这一过程通过稳定转录抑制实现，抑制程度与冷处理时长相关。尽管已知相关基因调控网络，但单细胞水平的表达动态仍不明确。本研究利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析白菜（Brassica rapa）的春化响应，旨在从单细胞分辨率解析关键基因的时空表达模式及调控机制。
白菜春化过程的单细胞转录组特征
研究对白菜冬性品系 Chiifu-401-42 进行 5 个春化时间点（0 天、7 天、14 天、21 天、28 天）的叶片 scRNA-seq，获得 58,282 个细胞的转录组数据。通过聚类分析鉴定出 17 个细胞簇，包括叶肉细胞、表皮细胞、保卫细胞、维管细胞（含伴胞）和增殖细胞等。伪批量转录组分析显示各数据集相关性高，批次效应影响小，确保下游分析可靠性。
叶肉细胞对低温响应的敏感性及时序动态
叶肉细胞在低温下基因表达变化最显著，已知叶肉标记基因在冷处理后表达下降，而表皮和维管细胞标记基因表达稳定。基因表达模式聚类显示，叶肉细胞在春化早期（V1）即出现基因表达急剧上调，涉及应激信号通路、转录因子（TFs）调控等，表明其为低温响应的主要起始位点。轨迹分析揭示叶肉细胞在春化过程中存在双相响应：早期（V1-V2）和晚期（V3-V4）阶段，二者分界点（第 2-3 周）与植物冷驯化及成花诱导相关，伴随表观调控基因（如 BrVAL1.1、BrVRN1.3）的激活。
维管组织在开花调控中的关键作用
维管组织中开花相关基因表达水平较高，尤其是伴胞中 BrFLC 表达量高且下降滞后。荧光原位杂交（FISH）证实 BrFLC 在维管组织的特异性表达，与 scRNA-seq 结果一致。伴胞中 BrFLC 的持续表达可能通过抑制 FT 等开花信号分子的转录，延缓开花，确保植物在持续低温后启动成花程序。此外，维管细胞中富集多个开花通路相关差异表达基因（DEGs），包括赤霉素（GA）通路和光周期通路基因，表明维管组织是整合开花信号的关键位点。
BrFLC 的时空表达特征与调控机制
整体 RNA 测序显示 BrFLC 在春化过程中持续下降，但单细胞水平分析表明，维管细胞中 BrFLC 表达下降速度慢于叶肉和表皮细胞。3 个 BrFLC 功能拷贝中，BrFLC2 在维管组织中表达更稳定。单细胞中 BrFLC 与 BrSOC1.3 表达呈互斥模式，随春化时间延长，BrFLC 表达细胞比例减少，BrSOC1.3 表达细胞比例增加，提示二者在细胞水平的 “开 - 关” 式调控。
单细胞水平的定量调控机制
组织水平 BrFLC 表达变化与表达细胞数量呈正相关（R=0.97），而单个细胞内 BrFLC 表达水平在春化各阶段无显著差异，符合 “全或无” 的转录状态模型。这一模式在 BrVIN3.2（上游基因）和 BrSOC1.3（下游基因）中同样存在，表明春化的定量响应由表达细胞比例变化驱动，而非单个细胞内基因表达强度改变。约 24% 的基因在单细胞与整体水平表达动态一致，其中 92% 的叶肉细胞基因符合该模式，进一步支持细胞群体响应的调控机制。
研究意义与展望
本研究构建了白菜春化响应的单细胞时空转录组图谱，揭示叶肉细胞作为低温感知的初始位点，通过双相响应协调冷驯化与成花诱导；维管伴胞中 BrFLC 的特异性表达及其 “开 - 关” 式调控，为春化作用的定量机制提供了单细胞证据。研究结果不仅深化了对植物春化分子机制的理解，也为作物开花时间调控的遗传改良提供了新靶点。未来需结合表观遗传分析和空间功能验证，进一步解析 BrFLC 在维管组织中的表达调控网络。
