科学问题
根瘤菌与豆科植物共生形成根瘤是实现共生固氮的关键，但豆科植物根瘤最终发育和生物固氮的细胞类型和分子调控机制尚不清楚。
实验设计
单细胞核转录组（snRNA-seq）：大豆幼苗接种根瘤菌，14 d后取样，将样品分为N组（含根瘤和根）和R组（仅含根）;
常规转录组：N组和R组;敲除突变植物的根和根瘤 GMCRE1S 和野生型 （WT） 植物敲除细胞因子受体基因。
研究的主要结果
1. 大豆根瘤snRNA-seq转录图谱的构建
分别从N组和R组的23,063个细胞和19,712个细胞中获得数据，基因表达水平与共同转录组高度相关，证明了snRNA-seq数据的可靠性和准确性。 snRNA-seq共鉴定出21个细胞簇，其中20个为结节特异性细胞，且大部分已知的结节基因均在这3个簇中特异性表达，进一步表明3个簇中含有结瘤特异性细胞类型，表明snRNA-seq成功捕获大豆根瘤特异性细胞。 
图1 snRNA-seq对大豆根系和根瘤中21个细胞簇的鉴定
2. 结节特异性细胞类型的鉴定采用GUS染色法鉴定细胞类型，将21个细胞簇完整注释为17种不同的细胞类型，其中6种类型为大豆根瘤特有的细胞类型，包括中柱相关中层细胞、韧皮部相关中柱状细胞、内皮层、外皮层、未感染细胞和感染细胞。 
图2 根和根瘤中21个簇的细胞类型注释
3.大豆定型根瘤的代谢过程大豆（定型）和紫花苜蓿（无定形）根瘤在结构、固氮产物和拟杆菌方面有所不同。 通过对大豆和紫花苜蓿根瘤中高表达基因的富集，进一步改善了两种根瘤类型在代谢和发育上的差异，发现两种根瘤中酰基脲依赖的代谢过程存在差异。 
图3 两种根转录组的比较
4. 大豆根瘤特异性细胞分化轨迹的重建利用RNA Velocity重建大豆根瘤分化过程，鉴定出GmbHLH93和GMSCL1两个新基因，利用毛根过表达系统验证其在根瘤形成过程中的功能。 
图4 RNA的利用velocity大豆根瘤轨迹重建及驱动基因鉴定
5.细胞因子受体基因gmcre1在大豆结瘤固氮过程中起重要作用由于大豆根瘤中高表达的基因主要富集于“细胞素信号转导”中，通过关注该通路，发现细胞**受体gmcre1a b c d在根瘤和维管细胞的内皮层中高表达。 通过构建变异植株GMCRE1s验证了GMCRE1在大豆根瘤形成中的作用。
图5 大豆结瘤固氮过程中胞嘧啶信号通路相关基因研究
结论
本研究利用单细胞核转录组分析大豆固氮的内在机制，鉴定了6种根瘤特异性细胞类型，确定了胞嘧啶受体gmcre1在根瘤发育和固氮中的重要作用，为豆科植物根瘤菌固氮机制的研究指明了新的方向。