根瘤是豆科植物的共生器官，用根瘤菌进行大气固氮。它们可以按是否有持久的根尖分生组织分为不定型根瘤（如Medicago truncatula或Pisum sativum的根瘤）和定型根瘤（如大豆和Lotus japonicus的根瘤）。不定型根瘤的顶端分生组织有能力发展成连续的分化区，这导致该根瘤类型呈圆柱形，结构更复杂，细胞功能更细分。不定型根瘤的中心组织被分为五个区，一般为分生区（ZI）、侵染区（ZII）、间生区（IZ）、固定区（ZIII）和衰老区（ZIV），而每个区内部的细胞并不完全相同。除了中心部分，对外围组织的具体研究相当有限。这些组织类似于工厂的生产线，有不同的分工，但也是相互联系的。然而，根瘤中不同组织之间的相互作用缺乏系统分析。
2022年10月28日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了中国农业大学王涛/董江丽团队的最新相关研究成果，题为Differentiation trajectories and biofunctions of symbiotic and un-symbiotic fate cells in root nodules of Medicago truncatula的研究论文。
根瘤是一个复杂的共生固氮工厂，其中的细胞是高度异质性的。然而，根瘤细胞的分化和相互联系在很大程度上仍然是未知的。在此，科研人员建立了一个改良的根瘤原生质体制备方案，并报告了以Medicago truncatula为代表的不定型根瘤类型的单细胞RNA测序检测。科研人员在接种后14天的根瘤中指定了13个具有特定表达模式的细胞簇，并通过实验和生物信息学方法描述了空间和功能细胞图谱。伪时间分析显示，两组顶端分生组织细胞沿其特定轨迹发展为共生和非共生的命运细胞。每个细胞簇的生物功能分析显示了它们的特殊性和相互关系，特别是固氮区的未侵染细胞通过承担天冬酰胺合成途径也参与了氮的同化。科研人员的研究结果为研究根瘤器官形成和共生固氮的机制提供了重要资源。
图. Medicago truncatula的成熟根瘤中的细胞集群
图. 每个根瘤细胞簇的典型表达特征
图. 共生或非共生命运细胞的分化轨迹
图. 根瘤中黄酮类化合物合成和代谢的关键酶的区域化
图. UiC2和NF2协调地进行氮同化
图. 根瘤中的氨基酸转运网络
文章来源：Ad植物微生物
