近日，林学与园林学院暨安徽省林木资源培育重点实验室万芳芳团队联合北京林业大学白倩团队、北京大学现代农业研究院宋协海团队，在黄连木叶片转色期花青素积累特征研究取得重要进展。相关成果以“Single-nucleus RNA sequencing reveals the characteristics of anthocyanin accumulation in epidermal and mesophyll cells of Pistacia chinensis leaves.”为题在国际知名期刊《Horticulture Research》发表。该研究构建了黄连木转色期叶片的细胞图谱，解析了表皮和叶肉细胞中花青素积累的细胞异质性，并鉴定了参与花青素生物合成调控的关键转录因子。

研究首先构建了黄连木转色期叶片的单核细胞图谱，共获得16,942个高质量细胞核数据，并鉴定出叶肉细胞、维管细胞、表皮细胞和保卫细胞等主要细胞类型。在表皮细胞中，研究发现其可分为低花青素、中等花青素和高花青素三种状态。拟时序分析显示，表皮细胞呈现出由低花青素状态向高花青素状态转变的趋势，花青素生物合成相关结构基因PcPALa、PcF3H、PcDFR和PcLDOX在高花青素表皮细胞中明显富集，说明表皮细胞是黄连木叶片着色过程中的重要参与者。

图1 黄连木转色期叶片单核细胞图谱的构建

与此同时，叶肉细胞表现出更复杂的细胞异质性。研究将叶肉细胞划分为光合型、花青素富集型、低氧响应型、营养再分配型和衰老相关型等多个亚型。与表皮细胞较为清晰的状态转变不同，叶肉细胞在叶片转色过程中不仅参与花青素积累，还可能伴随光合作用调整、低氧响应、营养再分配和衰老相关过程，反映出叶肉细胞在秋叶变红中的多重功能。

进一步比较表皮高花青素细胞和叶肉花青素富集细胞后发现，二者共享核心花青素生物合成通路，但其上游调控程序存在差异。研究整合单核RNA测序和常规RNA-seq数据，筛选出多个与花青素积累相关的候选转录因子，并通过酵母单杂交、拟南芥过表达和荧光素酶互补实验进行了功能验证。

图2 黄连木表皮和叶肉细胞中花青素生物合成相关转录因子的鉴定与验证

本研究从单细胞水平揭示了黄连木叶片花青素积累并非由单一细胞类型完成，而是表皮细胞和叶肉细胞共同参与、并具有不同调控特征的复杂过程。该研究为理解木本植物秋叶着色机制提供了新的细胞学视角，也为观赏树种叶色改良和分子育种提供了潜在候选基因资源。

安徽农业大学为论文第一完成单位，安徽农业大学万芳芳和北京林业大学已毕业博士王美玲为论文共同第一作者，北京林业大学白倩和北京大学现代农业研究院宋协海为该论文的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（32301629）、山东省自然科学基金（ZR2023QC026）、安徽省林木资源培育重点实验室开放基金（APKLFRS-KF2025-01）和北京林业大学“5·5工程”科研创新团队项目（BLRC2023B08）等项目的支持。（图文：万芳芳 编辑：张俊岩 预审：陈枫 审核：陶佳）

论文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhag347