学术研究报告：黄瓜果实腺毛与非腺毛高效分离系统的开发及其在多组学分析中的应用

作者与发表信息
本研究的通讯作者为中国农业大学园艺学院的Huazhong Ren和Xingwang Liu，第一作者为Lei Sun和Zhongxuan Feng（共同一作）。合作单位包括中国农业大学深圳前沿技术研究院和先正达生物科技（中国）有限公司。研究论文《A highly efficient system for separating glandular and non-glandular trichome of cucumber fruit for transcriptomic and metabolomic analysis》于2025年1月5日发表在开放获取期刊《Bio-Protocol》第15卷第1期，文章编号e5154，遵循CC BY-NC许可协议。

学术背景与研究目标
黄瓜（*Cucumis sativus*）的毛状体（trichome）分为腺毛（glandular trichome）和非腺毛（non-glandular trichome），前者是次生代谢物合成与分泌的关键场所，后者则影响果实外观品质。然而，现有毛状体分离方法存在效率低、精度不足等问题，限制了其在转录组和代谢组等多组学研究中的应用。本研究旨在开发一种高效、精确的分离系统，以解决上述技术瓶颈，并为黄瓜毛状体的遗传与生化研究提供可靠样本。

研究方法与流程
1. 实验材料与预处理
- 生物材料：选用开花当天的华北型黄瓜果实（图1），确保毛状体发育状态一致。
- 试剂与设备：使用山梨醇缓冲液（sorbitol buffer）和70%乙醇（预冷至-20°C或4°C），所有实验器材经RNA-free处理（RNase Remover I浸泡和高压灭菌）。

2. 毛状体分离流程
- 毛状体采集：将黄瓜子房切段（约1 cm）置于含玻璃珠（直径>1 mm，30 g）和预冷缓冲液的玻璃瓶中，通过珠磨法（bead-beating）振荡10–15分钟，去除非腺毛（图2）。
- 分级过滤：依次通过900 μm、60 μm和45 μm不锈钢筛网过滤，结合离心（5,000× g, 5分钟）分离腺毛与非腺毛（图2D）。
- 非腺毛研磨：组织研磨器冰上研磨后离心，获得纯化样本。

3. 方法验证
- 多组学适用性：分离的腺毛和非腺毛样本分别用于转录组（RNA浓度达900 ng/μL和60 ng/μL）和代谢组测序，成功鉴定出与毛状体发育及代谢相关的基因（如类黄酮合成通路基因）。

主要结果
1. 分离效率：系统实现了腺毛与非腺毛的高效分离（腺毛0.8 g/样本，非腺毛1.5 g/样本），回收率>95%。
2. 方法特异性：光学显微镜验证显示，60 μm筛网截留物为非腺毛，45 μm筛网截留物为腺毛（图2D）。
3. 应用价值：在Feng等（2023）的研究中，本协议成功支持了黄瓜腺毛器官发生与类黄酮合成的机制解析（*Plant Physiology*）。

结论与意义
1. 科学价值：首次建立适用于黄瓜果实毛状体的高效分离系统，填补了多组学研究中样本制备的技术空白。
2. 应用潜力：可推广至其他作物（如番茄、大麻）的毛状体研究，为抗逆育种和次生代谢物开发提供工具。
3. 方法创新：通过优化珠磨参数和分级筛网组合，显著提升分离精度与通量，克服了激光显微切割（laser microdissection）成本高、效率低的缺陷。

研究亮点
1. 技术突破：首次将珠磨法与分级筛网结合，实现黄瓜毛状体的规模化分离。
2. 跨学科应用：兼容转录组、代谢组分析，推动植物毛状体研究的系统生物学发展。
3. 可重复性：详细公开实验步骤与试剂配方（如山梨醇缓冲液配方），便于其他实验室复现。

其他价值
- 标准化建议：提出样本存储条件（-80°C）和操作环境（全程冰上）的标准化要求，确保数据可比性。
- 故障排除：针对常见问题（如毛状体残留）提供解决方案（如增加玻璃珠直径或重量）。

本研究为植物毛状体研究提供了方法论基础，其开源协议特性将进一步促进农业与生物技术领域的合作创新。