木質部是地球最豐富的生物組織，不僅提供機械性支撐力讓樹木得以聳立，同時肩負將水分運輸至植物體各部位的責任；而其凋亡後形成的木材，也被大量運用在人類的日常生活中，是人類不可或缺的重要自然資源。因此，植物如何調控木質部的發育，以及木質部從古至今是如何演化，都是植物學家們極力探究的問題。
臺大生命科學系暨植物科學所副教授林盈仲及其生命科學系博士生董家均、基因體與系統生物學學位學程博士生郭尚哲、植物科學研究所博士生余中合與中央研究院植物暨微生物學研究所顧銓助研究員團隊合作，透過植物解剖學結合單細胞轉錄體資訊，以跨物種的角度解開植物界200多年以來對於木質部發育和演化的謎團。此研究成果已於2023年1月9日刊登於國際知名期刊 Genome Biology，根據 Journal Citation Reports (JCR) 的期刊排名資料，該期刊為基因與遺傳學領域排名前2%的期刊。
西元1900年以來，植物學家透過植物解剖學，以各式切片探索木質部中的細胞種類、細胞型態，進而推估整個木質部的發育過程。然而，靜態的切片無法完整演繹出動態的發育過程，木質部中不同外觀的細胞，究竟是代表著不同的發育時期，還是不一樣的細胞種類？再加上木質部被包裹在樹皮之中，無法直接用肉眼觀察特定細胞的發育歷程，因此木質部發育的研究進展如蝸行牛步，相較於其他組織的研究落後近20年。
此研究利用團隊先前發表的木質部原生質體系統，抽取出分離的木質部細胞進行單細胞測序，再搭配耗時半年以上的雷射顯微切割技術，透過解析各種木質部細胞的轉錄體，並且結合生物資訊計算出細胞發育的軌跡，成功揭開木質部發育的謎底。
為了進一步探討木質部的演化，團隊也針對4種具有不同演化地位的木本植物進行跨物種的分析，包括核心真雙子葉的毛果楊 (Populus trichocarpa)、玫瑰桉 (Eucalyptus grandis)，以及早期被子植物木蘭類的鵝掌楸 (Liriodendron chinense)，3者皆有3種木質部細胞：負責支撐的纖維細胞 (libriform fibers)、輸水的導管細胞 (vessel elements)，以及橫向運輸養分的射線薄壁細胞 (ray parenchyma cells)；另外也納入原生於臺灣且有「逆演化」之稱的昆欄樹 (Trochodendron aralioides)，其雖屬於真雙子葉植物，但卻以管胞 (tracheids) 取代纖維細胞和導管細胞的功能。此研究發現，射線薄壁細胞的發育軌跡在4個木本植物中非常相似，代表射線薄壁細胞的發育具有一定程度的演化保守性；在鵝掌楸中，纖維和導管細胞的發育路徑竟不同於毛果楊和玫瑰桉；昆欄樹的管胞相較於纖維細胞，其發育路徑更似於導管細胞。透過跨物種的比較，此研究提供更完整的資訊，讓科學家們得以一個全新的視野看待木質部的發育及演化，期望此成果能成為相關研究領域的燃料，加速揭開木質部的神秘面紗。
研究成果已於2023年1月9日發表於Genome Biology：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02845-1
原文出處 台大