机械应力驱动的异质性木质部发育：单细胞与空间多组学揭示杨树木材形成新机制

来自Hsieh等的研究团队整合单细胞转录组(scRNA-seq)、空间转录组和代谢组学技术，揭示了机械应力如何改变杨树木质部(xylem)的发育进程。研究发现正常木材与应力木材中的纤维实属同一细胞类型但形态迥异，张力木质部(tension xylem)与对侧木质部存在发育速度和细胞类型比例的差异。通过磷酸化蛋白质组学鉴定出被子植物茎根中保守的机械应力感应机制，并发现一组调控纤维和导管细胞命运转变的关键基因。该研究为优化生物质生产和生物能源产量提供了重要理论依据。

　　

这项突破性研究像一台高精度显微镜，首次在单细胞分辨率下解码了杨树木质部发育的"黑匣子"。当树木遭遇机械应力时，其内部上演着精彩的细胞重编程大戏——原本温和的木质部细胞会加速发育进程，像被按下快进键般形成富含G-层(G-layer)的张力材(tension wood)。

多组学联用技术如同科研团队的"组合拳"：单细胞转录组(scRNA-seq)揭示出看似迥异的正常纤维和张力纤维实为"同卵双胞胎"；空间转录组则像GPS定位系统，精确捕捉到不同区域细胞发育速度的时空差异；磷酸化蛋白质组学(phosphoproteomics)更发现被子植物(angiosperms)茎干和根部共用着古老的机械感应"警报系统"。

最令人振奋的是，科学家们成功锁定了调控细胞命运转变的"分子开关"基因群。这些发现不仅解答了困扰学界百年的木材形成之谜，更为设计"超级木材"提供了基因编辑靶点——未来或许能通过调控这些关键基因，让树木按照人类需求定向生长，实现生物能源(bioenergy)生产的精准调控。