[顧銓] 從單一細胞來看植物木質部的發育及演化

木質部是地球上最豐富的生物組織，不僅支持樹木得以聳立於地表，也負責運輸水分至植物體各部位；而其凋亡後形成的木材也大量運用在日常生活中，是人類不可或缺的重要自然資源。因此，植物到底如何調控木質部的形成，以及木質部從古至今是如何演化而來，都是生物學上極為重要的問題。解剖與顯微鏡技術可用來探索木質部細胞的形態與發育，然而靜態的切片無法完整地演繹出動態的發育過程。此外，不同植物的木質部有著形態相似和相異的細胞，而它們之間的發育演化關係仍所知甚少。

中央研究院植物暨微生物學研究所顧銓助研究員與國立臺灣大學生命科學系暨植物科學所林盈仲副教授的合作團隊，結合解剖學與單一細胞轉錄體資訊，並以跨物種的角度研究木質部發育和演化的課題。團隊從木質部萃取出原生質體進行單一細胞定序，搭配雷射顯微切割技術，進而解析不同形態細胞的轉錄體，再透過細胞分群與發育軌跡分析，解開了木質部發育過程中的細胞圖譜。研究分析四種來自不同被子植物演化支系的樹木，包括被子植物早期分支的木蘭類鵝掌楸 (Liriodendron chinense)、真雙子葉核心的毛果楊 (Populus trichocarpa) 與玫瑰桉 (Eucalyptus grandis) 以及真雙子葉早期分支的昆欄樹 (Trochodendron aralioides)。一般被子植物如前三者具有負責支撐的纖維細胞、輸水的導管細胞以及橫向運輸養分的射線薄壁細胞，但台灣原生且東亞特有的昆欄樹則發生了「演化逆轉」，不具纖維細胞和導管細胞，而是有類似裸子植物的管胞細胞取代其功能。研究結果發現，射線薄壁細胞之發育軌跡在四個木本植物中非常相似，具有高度的演化保守性；鵝掌楸的纖維和導管細胞雖然形態與真雙子葉的相似，但發育路徑明顯不同於毛果楊和玫瑰桉；而昆欄樹的管胞相較於纖維細胞，其發育路徑更似於導管細胞。透過跨物種的比較，本研究不僅為木質部的形成提供了重要資訊，也為植物組織的演化發育生物學開創了新的視野。

研究論文已刊載於期刊《基因體生物學》(Genome Biology)。研究團隊除了上述單位外，也包括中央研究院與國立臺灣大學合作的基因體與系統生物學學位學程、國立陽明交通大學、國立中興大學與中國福州市福建農林大學。

論文: Chia-Chun Tung, Shang-Che Kuo, Chia-Ling Yang, Jhong-He Yu, Chia-En Huang, Pin-Chien Liou, Ying-Hsuan Sun, Peng Shuai, Jung-Chen Su, Chuan Ku and Ying-Chung Jimmy Lin (2023): Single-cell transcriptomics unveils xylem cell development and evolution. Genome Biology 24:3.

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02845-1