山东大学和北京大学联手揭开了光控植物发育的新密码。邓兴旺实验室通过单细胞转录组技术，将拟南芥幼苗在黑暗中培育五天、转为光照一至24小时以及持续五天光照后的情况进行了详细记录。何航和韩雪博士带领团队，与韩雪、李健、王峥、李博生、张华伟等研究员和多位研究生共同完成了这次研究。徐超、杨玫、林晓莉等前辈也为实验提供了关键支持。研究得到了国家自然科学基金重点项目、山东省自然科学基金、国家青年人才项目和北京大学博雅博士后项目的资助。 光对植物来说既是能量的来源，也是发育的指挥棒。幼苗从黑暗中的“黄化”状态到光照下的“光形态建成”，这个过程看似短暂，却包含了光信号如何被不同细胞精准解码的复杂机制。2005年，邓兴旺实验室首次发现根、下胚轴和子叶各有一套独特的“光响应基因清单”，但当时技术限制只能停留在器官层面的研究。直到单细胞转录组技术成熟后，科学家才获得了细胞级别的详细信息。 这次研究把持续黑暗、暗转光一至24小时以及持续光照五天的拟南芥幼苗分成地上和地下两部分进行单细胞测序。结果显示，地上部分在见光后基因表达迅速变化，而地下部分相对稳定。维管系统在暗转光一小时时发生了明显变化，筛管发育方向的细胞比例上调，而导管方向几乎不变。PIF家族转录因子虽然本身无组织偏好性，但它们的大量靶基因却具有严格的细胞标签。apl突变体实验证实光信号确实精细调控两种维管细胞比例。气孔发育在暗中有不同轨迹，光下则恢复正常路径。 pifq突变体在暗中生长时皮层、内皮层和表皮细胞集体上调光合作用基因并下调生长素响应基因。虽然PIFs本身无组织偏好性但其靶基因却有严格的细胞标签。这说明光信号通过靶向调控而非广播式作用实现不同细胞差异化命运。 APL基因在筛管发育中起到关键作用。 气孔发育在暗中有不同轨迹但光下恢复正常路径。 这次研究还揭示了气孔动态调控的新框架。 维管系统在暗转光一小时时筛管比例上调导管比例不变进一步分析发现暗中高表达基因富集于导管发育与稳态维持光诱导基因偏向筛管特异因子包括已知的APL。 光信号通过靶向调控而非广播式作用实现不同细胞差异化命运PIFs本身无组织偏好性但其靶基因却有严格的细胞标签。 维管系统在暗转光一小时时筛管比例上调导管比例不变进一步分析发现暗中高表达基因富集于导管发育与稳态维持光诱导基因偏向筛管特异因子包括已知的APL。 这张单细胞图谱不仅补全了表皮、维管、皮层等关键区域的操作手册也为精准育种器官发育缺陷突变体筛选作物耐荫性改良提供了分子坐标。 未来随着单细胞空间组学进一步成熟科学家有望把谁在何时何地响应了何种光信号回答得更加精准让每一粒种子都带着光的记忆生长。