《Plant Biotechnology Journal》：Dissecting the Cell-Type-Specific Response to an Emerging Tobamovirus in Tomato Reveals Cultivar-Dependent Involvement of Brassinosteroid Signalling
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本研究通过单细胞RNA测序技术，首次在番茄品种‘金鹏1号’（JP）和‘Rutgers’（RG）中系统解析了番茄褐色皱果病毒（ToBRFV）感染的细胞类型特异性动态。研究发现，尽管病毒早期能侵入JP植株多数细胞，但在叶肉、保卫等关键细胞中病毒积累显著受限。伪时序分析揭示BR信号通路在JP品种中通过逆转叶肉细胞发育过程中的正调控因子表达发挥抗病毒作用，而外源BR处理在JP中抑制病毒却在RG中促进感染。该研究为作物抗病毒育种提供了细胞水平的新靶点。
研究背景
植物病毒是威胁全球作物安全生产的重要病原，而不同细胞类型对病毒感染的响应机制尚不明确。番茄褐色皱果病毒（ToBRFV）作为新发烟草花叶病毒属成员，能够突破传统抗性基因（如Tm-22）的防御体系。本研究选取具有不同遗传背景的番茄品种‘金鹏1号’（JP，Tm-22/tm-2）和‘Rutgers’（RG，tm-2/tm-2），利用单细胞RNA测序技术揭示细胞类型水平的抗病毒机制。
病毒积累与症状表现
接种14天后，RG植株系统叶片出现典型皱缩和卷曲症状，而JP植株仅表现轻微花叶和下部叶片坏死斑。Western blot和qRT-PCR检测显示JP植株中病毒外壳蛋白（CP）和基因组RNA积累量显著低于RG。冷冻扫描电镜观察发现JP感染叶片缺乏典型表皮毛结构，且保卫细胞开度增大。透射电镜显示病毒粒子集中于海绵组织破裂细胞中。
细胞类型组成变化
通过单细胞转录组测序获得27,094个细胞数据，鉴定出表皮、保卫、表皮毛、叶肉、分生、木质部和韧皮部7种主要细胞类型。感染后JP植株表皮细胞比例从28.03%降至13.23%，而RG则从13.32%升至16.53%。JP植株木质部、韧皮部和分生细胞比例显著增加，表明ToBRFV感染诱导品种特异性细胞分化重编程。
病毒分布特征
感染早期超过90%细胞被病毒侵入，但病毒RNA占总RNA比例在JP的叶肉、保卫、木质部和韧皮部细胞中显著低于RG。特别值得注意的是，虽然JP表皮毛细胞病毒RNA比例最高，但其感染细胞比例最低，提示表皮毛可能参与限制病毒扩散。
转录组调控网络
差异表达基因分析显示，叶肉细胞中病毒响应相关基因富集于“免疫应答激活”“MAPK激酶活性正调控”等通路。品种间比较发现，韧皮部细胞差异基因最多（3969个），显著富集于“类固醇激素信号通路”“水杨酸调控蛋白激酶活性”等过程。
BR信号通路的双向调控
伪时序分析发现，在JP植株叶肉细胞发育过程中，BR信号正调控因子（BAK1、BSKs、BIM1等）表达随伪时序进展而下降，负调控因子（TFTs、CRYs等）也呈现下降趋势。病毒诱导的基因沉默实验证实，沉默BR生物合成基因（DWF5、DIM）和信号转导基因（TCP8、CESA2等）在RG中降低病毒积累，在JP中却增强感染。外源24-表油菜素内酯（EBL）处理在JP中抑制病毒复制，在RG中促进感染，证明BR信号通路具有品种依赖性功能。
基因组变异基础
全基因组重测序发现JP品种具有更高密度的杂合突变（65.43%），变异基因数量（5699个）显著多于RG（3572个）。这些变异基因富集于光合作用、代谢过程等通路，为品种间抗性差异提供遗传基础。
讨论与展望
本研究首次在单细胞分辨率揭示番茄对ToBRFV感染的品种特异性应答机制。BR信号通路在JP品种中通过调控叶肉细胞分化进程发挥抗病毒作用，而RG品种缺乏此保护机制。未来需进一步解析Tm-22等位基因与BR信号通路的互作网络，为设计广谱抗病毒作物提供新策略。
