单细胞RNA测序揭示水稻黑条矮缩病毒诱导肿瘤细胞的分化轨迹及其抗病毒机制

本研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，首次绘制了水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)感染后叶鞘细胞的转录组图谱，揭示了病毒诱导的肿瘤细胞从维管薄壁细胞(VP1_3)分化为肿瘤细胞(VP0_2)的动态轨迹。研究发现染色质重塑、核小体组装相关基因上调，而光合作用相关基因模块DGP1-GLK1-LHCBs被抑制。特别鉴定到茉莉酸诱导型病程相关蛋白基因JiPR10在肿瘤细胞特异性表达，通过基因编辑证实其通过抑制肿瘤增殖赋予宿主抗病毒能力。该研究为植物-病毒互作提供了单细胞水平的创新见解。

　　

水稻病毒诱导肿瘤的单细胞解析

细胞图谱构建与病毒靶向定位

研究团队对感染黑条矮缩病毒(RBSDV)的水稻叶鞘进行单细胞RNA测序，获得106,973个细胞的转录组数据，鉴定出12种细胞类型。通过UMAP降维分析发现，薄壁细胞和维管薄壁细胞是RBSDV主要侵染靶点。电镜观察显示病毒粒子富集于维管组织增殖的肿瘤细胞内，RNA原位杂交证实病毒RNA与肿瘤区域共定位。

肿瘤细胞的发育轨迹

伪时序分析揭示肿瘤细胞源自维管薄壁细胞亚群VP1_3的分化。在分化过程中：

1. 上调基因：涉及核小体组装（如组蛋白H4）、染色质重塑复合物（SWI/SNF家族）和DNA复制相关酶类
2. 下调基因：光合系统II组件（PsbP、PsbQ）和卡尔文循环关键酶（RbcS）
   流式细胞术显示感染组织4C核型比例从3.52%升至35.27%，证实病毒导致细胞周期阻滞和多倍化。

光合作用调控模块的异常

研究发现DGP1-GLK1-LHCBs调控网络异常：

• OsDGP1（Deep green panicle 1）表达上调2.3倍
• 转录因子OsGLK1（Golden2-like 1）活性受抑
• 下游LHCB1/2/4表达量下降40-60%
  电泳迁移率实验(EMSA)和双荧光素酶报告系统证实OsGLK1直接结合LHCB4启动子的CCAATC/CACGTG顺式元件，而OsDGP1通过蛋白互作抑制该激活作用。

抗病毒关键基因的发现

在193个肿瘤分化核心基因中，茉莉酸诱导型病程相关蛋白基因JiPR10表现特异性表达特征：

• 单细胞UMAP显示其仅定位于VP0_2亚群
• 原位杂交信号与病毒RNA分布高度重叠
  通过CRISPR/Cas9构建的jipr10突变体表现出：
  • 病毒载量增加2.1-2.8倍（S2/S4/S6基因检测）
  • 肿瘤面积扩大1.7倍（共聚焦显微镜定量）
  • 症状加重（矮化程度增加35%）

激素信号的重编程

单细胞数据揭示感染组织的激素动态：

• 茉莉酸(JA)合成酶LOX3和AOS2在维管组织上调4倍
• 水杨酸(SA)通路NPR1受体表达量增加3.2倍
• 油菜素内酯(BR)合成酶DWF4下调60%
  这种JA/SA与BR的拮抗模式可能与JiPR10的时空表达调控密切相关。

该研究不仅首次在单细胞层面解析植物病毒诱导的发育异常机制，更为作物抗病毒育种提供了新型分子靶点——通过调控JiPR10表达或修饰染色质重塑通路，可能创制兼具广谱抗性和农艺性状的新种质。