《Frontiers in Plant Science》：Spatial regulation of ribosomal protein gene expression revealed by spatial transcriptomic analysis in the water fern Ceratopteris richardii
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本研究通过空间转录组技术解析水蕨（Ceratopteris richardii）孢子体发育过程中基因表达的空间异质性，发现11个组织特异性表达簇，并鉴定出ARF、GRF、AP2、bZIP等关键转录因子（TF）。尤为重要的是，研究发现核糖体蛋白（RP）基因在不同组织中存在广泛差异表达，其旁系同源基因呈现表达分化，提示核糖体异质性可能通过翻译调控参与组织特异性发育。该研究为理解植物空间转录调控及核糖体功能特异性提供了新视角。
组织分配与空间聚类
通过空间转录组分析水蕨营养孢子体的茎尖组织，在50微米分辨率水平识别出11个具有明确空间分布特征的斑点簇。这些簇分别对应不同发育阶段的叶片（如c3标记第5叶原基和茎端分生组织SAM，c8标记第6幼叶远端）、叶柄近基部（c0/c4）、茎部维管组织（c2/c10）、表皮毛状体（c6/c9）及茎周缘与中央区域（c5/c7）。聚类结果再现于独立切片，证实空间表达模式的可靠性。
关键转录因子的空间表达模式
从1187个差异表达基因中鉴定出14个与拟南芥同源性高的转录因子，这些TF特异性地表达于叶片相关簇（c1/c3/c8），涉及ARF、GRF、AP2、bZIP等11个家族。功能富集显示这些TF显著参与茎叶系统发育（GO:0048367）和叶器官形成（GO:0048827）。例如，09G061500在c8簇低表达，而12G052800在c3子域中特异性标记。此外，81个空间可变基因（SVG）中的TF同样富集于相同发育过程，凸显转录调控在叶片形态建成中的核心作用。
功能富集揭示组织特异性生物学过程
GO分析显示不同簇具有独特的生物学功能：c3（分生组织区域）富集DNA解旋酶活性（GO:0003678）和甾醇合成（GO:0016126），c8（幼叶）突出叶绿体相关功能（如叶绿素结合GO:0016168），c0（叶柄基部）与防御反应（GO:0006952）和木葡聚糖转移酶活性（GO:0016762）相关。值得注意的是，核糖体相关功能（GO:0005840）在9个簇中普遍富集，核糖体蛋白基因占标记基因总数的61.62%，表明RP基因表达的空间异质性具有广泛性。
核糖体蛋白基因的表达异质性与旁系同源基因分化
在水蕨中鉴定出80种核糖体蛋白类型（对应218个基因），其中170个基因呈现组织差异性表达。例如，uS12家族成员19G078000在7个簇中差异表达，而同家族成员02G071000和07G004900仅分别特异性标记c5和c8簇。系统发育分析显示，uS2家族旁系同源基因38G026900（广谱表达）与10G044300（限制性表达）在进化树上分属不同分支。63.75%的RP类型存在旁系同源基因表达模式分化，提示核糖体可能通过转录调控实现功能特异性组装。
原位杂交验证RP基因的空间表达
以uL11家族基因23G070600为例，RNA原位杂交证实其在SAM、第1-2叶原基、第4叶原基的羽片原基及幼叶维管组织中特异性表达，而在鳞片中无明显信号。该基因与旁系同源基因19G074300、15G067600在不同组织中呈现互补表达模式，进一步支持RP基因在分生组织和维管组织等细胞分裂活跃区域的转录特异性。
讨论：空间表达模式的组织学与进化意义
聚类结果揭示了水蕨中未被深入研究的组织域（如叶柄基部与茎部微区）。TF表达保守性表明叶片发育的遗传框架在蕨类与种子植物分化前已形成。RP基因的广泛异质性表达与动物及植物中报道的核糖体功能特异性一致，其组织特异性表达可能通过调控mRNA翻译选择性影响发育进程。该研究为探索核糖体异质性在植物形态建成中的作用提供了新证据。
