人参属（Panax）植物的根部富含高药用价值的人参皂苷。植物根尖是研究早期发育和次生代谢的理想模型。目前对该属植物根尖的研究相对有限，这阻碍了对根尖早期发育过程中细胞命运转变及与皂苷合成相关细胞异质性的理解。

2025年8月，Horticulture Research（中国科学院一区Top，IF：8.5）在线发表了崔秀明研究员团队完成的题为 Integrated single-cell transcriptomics and spatial metabolomics unveil cellular differentiation and ginsenosides biosynthesis inPanaxroot tips 的研究论文。

该研究首次对人参属三个物种（三七、人参、西洋参）的根尖进行了单细胞转录组测序和空间代谢组学的联合分析。研究构建了三个物种的高分辨率单细胞转录图谱，鉴定出表皮（Ep）、根冠（Rc）、内胚层（En）、皮质层（Co）、木质部（Xy）、韧皮部（Ph）、分生组织（Me）、增殖细胞（Pc）和未知细胞（Uc） 共9种细胞类型（图1）。

图1 人参属三个种根尖单细胞RNA测序（scRNA-seq）图谱的构建。

通过拟时序分析，研究描绘了内胚层细胞的动态分化轨迹。研究发现转录因子IAA29是内胚层木栓化（suberization）的关键正向调控因子，并通过dual-LUC和EMSA实验证实其直接调控木栓质合成相关基因COMT的表达（图2）。

图2.内胚层分化过程中的转录动态变化。

研究揭示了人参皂苷合成细胞类型特异性：下游皂苷生物合成途径的关键酶基因（如SQE、β-AS、CYP716A52V2、DDS、CYP716A53V2、UGT）在表皮细胞中特异性高表达（图3）。通过空间代谢组（MALDI2-MSI）分析揭示了皂苷及其前体的空间分布模式（图4）。

图3.人参属物种中人参皂苷的生物合成通路、关键酶基因表达模式分析及转录调控解析。

图4.人参属三个种根尖中人参皂苷及中间产物积累的可视化。

该研究首次在单细胞分辨率下解析了三个主要人参属植物的根尖细胞分化轨迹和皂苷合成的细胞类型特异性，鉴定出IAA29（调控内胚层分化）、MYB2/MYB78（调控皂苷合成） 等关键调控因子。这些发现不仅为理解药用植物次生代谢过程中细胞异质性及调控网络提供了新视角，也为通过分子育种精准改良人参属植物的药用品质奠定了理论基础。

昆明理工大学生命科学与技术学院已毕业博士生杨丽芳和硕士二年级学生杨芝为论文共同第一作者。刘源副教授，崔秀明研究员和杨野教授为论文共同通讯作者。本研究得到了云南省重大科技专项计划（202202AG050021）和国家自然科学基金（32360151）的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf202