興大研究發表國際期刊 單細胞與空間多體學揭示植物逆境適應新策略

(中央社訊息服務20260720 17:11:41)研究亮點： •　發表於植物科學領域排名前百分之五、5年影響因子超過10點之高品質國際期刊New Phytologist，凸顯該研究觀點在植物科學領域的重要性。 •　提出整合單細胞/細胞核及空間轉錄體學，並結合質譜多體學於獲取空間分子資訊，得以重新解析植物如何在逆境下調控發育。 •　提出植物常以「維持細胞譜系穩定、重塑細胞比例與分化速度」的方式，因應不同非生物逆境。 •　研究概念可為耐旱、耐鹽、抗倒伏及高環境韌性作物培育提供新的思考方向。

面對乾旱、高溫、鹽害、機械壓力與營養波動等環境挑戰，植物無法像動物一樣移動閃避，卻能在原地調整生長與發育，以維持生命週期與環境適應力。國立中興大學循環經濟學院陳盈嵐副教授以第一作者兼共同通訊作者身分，與國立臺灣大學生命科學系林盈仲教授、國立成功大學生命科學系謝若微助理教授合作，近日於植物科學領域高品質國際期刊New Phytologist發表綜述文章 「Stable Lineages, Rewired Landscapes: Single-Cell and Spatial Multi-Omics Reveal Developmental Plasticity Under Abiotic Stress」，從單細胞與空間多體學角度提出植物逆境適應的新觀點。

在穩定發育骨架上重塑逆境反應

文章指出，植物在非生物逆境下並不一定需要產生全新的細胞類型，而是常透過調整既有細胞類型的比例、改變細胞分化速度，以及重新配置代謝狀態，來快速重塑組織結構並維持生理功能。這種「穩定譜系、重塑發育節奏」的調控策略，使植物能在不改變核心發育架構的情況下，回應不同環境壓力所造成的功能需求。

楊樹木質部顯示逆境下的細胞比例與分化節奏調控

以木本植物楊樹為例，機械壓力與乾旱逆境會以不同方式重塑木質部發育。當莖部受到彎曲或重力刺激時，植物會形成張力木，其中木纖維比例增加，以提升機械支撐能力；在乾旱條件下，楊樹則傾向形成數量較多且直徑較窄的導管細胞，以提高水分運輸安全性並降低栓塞風險。

除了細胞比例的改變，發育速度也是植物逆境反應中的關鍵調控層次。機械壓力可加速張力木中木纖維分化，使植物迅速增強支撐能力；乾旱則可能降低木質部整體發育速度，以節省資源並形成更安全的水分運輸結構。這些結果說明，植物並非完全改寫發育路徑，而是在既有發育框架中調整細胞輸出與分化節奏。

跨物種與跨組織的共同調控邏輯

類似現象也出現在草本植物的根毛系統中。阿拉伯芥在滲透壓逆境下，進入根毛命運的表皮細胞比例下降，且根毛細胞由分化進入成熟的速度變慢，最終導致成熟根毛數量減少；不結球白菜在鹽逆境下也出現相近現象，表皮細胞分化受到抑制，未分化細胞比例上升，成熟根毛數量減少。

無論是在木本植物的木質部，或草本植物的根毛發育系統中，逆境都可能透過改變細胞比例與分化速度來調控組織功能，而非重新建立全新的發育譜系。楊樹、阿拉伯芥與不結球白菜在演化位置、生活史與器官構造上差異甚大，卻在逆境下展現相似的發育調控邏輯，顯示植物可能保留一套穩定的發育骨架，並在其上疊加逆境反應，以兼顧發育穩定性與環境適應性。

單細胞與空間多體學開啟作物韌性研究新方向

研究團隊指出，單細胞與空間多體學能在組織原位解析細胞類型、發育軌跡與代謝狀態，讓研究人員得以看見植物如何在逆境中精細調整發育藍圖。這項概念不僅深化了對植物發育可塑性的理解，也為未來培育耐旱、耐鹽、抗倒伏及具備高環境韌性的作物提供新的研究方向。

文章連結：https://doi.org/10.1111/nph.71374

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