2025年10月，德国马克斯·普朗克化学生态学研究所的Moonyoung Kang等人在PNAS发表了题为"Single-cell metabolome and RNA-seq multiplexing on single plant cells"的文章，该研究首次实现了对单个植物细胞同时进行代谢组和转录组分析，在单细胞水平直接关联基因表达与代谢物水平建立了革命性技术平台，为植物天然产物合成途径解析提供了全新策略。
研究利用微流控芯片与自动化细胞挑选系统，将药用植物长春花叶肉原生质体分选至96孔板，通过渗透冲击裂解细胞后将裂解液均分为两份，分别用于单细胞RNA测序与超高效液相色谱-质谱联用检测。在获得的193个高质量单细胞数据中，平均每个细胞检测到约5000个基因，并实现了对12种生物碱途径关键代谢物的精确定量。
通过整合转录组与代谢组数据，研究明确了不同细胞类型的代谢特征。基于已知标记基因，将细胞划分为表皮细胞、异型细胞和内韧皮部薄壁细胞等类型，并发现生物碱主要富集于异型细胞，而断氧化马钱苷(secologanin)和主要黄酮类物质毛里求斯素(mauritianin)定位于表皮细胞。值得注意的是，马钱子苷酸(loganic)的分布与上述细胞类型均不重叠，其可能被转运至一种尚未鉴定的细胞类型中储存，揭示了植物代谢区室化的新层次。
基因-代谢物相关性分析揭示了合成与储存的空间耦合规律。晚期生物碱中间体去乙酰文多灵(deacetylvindoline)、文多灵(vindoline)与其合成基因D4H、DAT、NMT在异型细胞中呈现强正相关，表明这些代谢物在合成位点存储，无需长距离转运；而早期途径基因T3R等，因其仅在表皮细胞表达，与下游产物无显著相关性，需在细胞间的长距离运输。此外，研究还发现HY5等转录因子与代谢物的共现模式，为挖掘调控元件提供了线索。
该研究进一步鉴定了关键的代谢物转运蛋白。通过对转运蛋白基因表达与代谢物积累的共现分析，发现NPF2.4的表达谱与烯醚萜苷(secologanin)在表皮细胞中的分布高度吻合，确认其为马钱子苷酸前体物质的相关转运蛋白。同时，在表皮细胞群中发现了两个代谢异质性亚群：一群仅积累烯醚萜苷，另一群同时积累烯醚萜苷和毛里求斯素，表明同一细胞类型存在代谢功能分化，且这种分化与角质层脂质转运蛋白等基因的差异表达相关。
该研究突破了传统单组学方法的局限，实现了基因表达与代谢物水平的直接关联，为合成生物学改造和作物抗逆性状改良提供了新的技术路径。
