近年，1細胞シーケンス技術の急速な進展が植物科学のパラダイムを根本から変革している．従来のバルク（様々な細胞が混在した状態）解析では捉えきれなかった細胞レベルの微小な差異や動態が可視化されることで，植物の発生メカニズムから環境応答まで，多様な生命現象の解明が加速している⁽¹⁾1) M. T. Islam, Y. Liu, M. M. Hassan, P. E. Abraham, J. Merlet, A. Townsend, D. Jacobson, C. R. Buell, G. A. Tuskan & X. Yang: Biodes. Res., 6, 0029 (2024).．1細胞シーケンス技術の発展は植物科学分野に限らず文字通り爆発的であり，すべてを網羅的に把握することはほぼ不可能であるため，本稿では技術の発展経緯，最新の応用例，作物研究への展開可能性について体系的かつ簡潔に論じるにとどめる．

・1細胞シーケンス技術の発展

初期の1細胞RNA-seq技術（scRNA-seq）は2010年代前半に動物細胞を対象に確立され，植物分野では2015年に2グループによって初めてイネ根端細胞のscRNA-seqが報告された⁽^{2, 3)}2) E. Z. Macosko, A. Basu, R. Satija, J. Nemesh, K. Shekhar, M. Goldman, I. Tirosh, A. R. Bialas, N. Kamitaki, E. M. Martersteck et al.: Cell, 161, 1202 (2015).3) A. M. Klein, L. Mazutis, I. Akartuna, N. Tallapragada, A. Veres, V. Li, L. Peshkin, D. A. Weitz & M. W. Kirschner: Cell, 161, 1187 (2015).．2017年にはFluidigm社のC1システムが植物プロトプラスト解析に適用され，384ウェルプレートを用いたハイスループット化が実現したが，真のブレイクスルーは10x Genomics社のChromiumシステムの登場であろう．液滴マイクロフルイディクス技術により1万細胞規模の解析が可能となった⁽¹⁾1) M. T. Islam, Y. Liu, M. M. Hassan, P. E. Abraham, J. Merlet, A. Townsend, D. Jacobson, C. R. Buell, G. A. Tuskan & X. Yang: Biodes. Res., 6, 0029 (2024).．当初はmRNA定量を目的としたscRNA-seqであったが，バルクの次世代シーケンス技術同様，1細胞シーケンス技術も様々なモダリティに拡張され，1細胞ゲノムシーケンスはもとより，1細胞エピジェネティクス解析等も急速に発展した．近年では空間トランスクリプトミクス技術が発展し，Stereo-seq, MERFISHなどの手法で組織内の遺伝子発現パターンを空間座標と紐付けて解析することも可能である⁽⁴⁾4) C. Chen, Y. Ge & L. Lu: Front. Plant Sci., 14, 1185377 (2023).．その技術発展は2020年前後から活発化し，大きく分けて高感度化と高スループット化の2極化に向かっているといえる（図1図1■1細胞シーケンス技術の発展（文献14を改変））．

図1■1細胞シーケンス技術の発展（文献14を改変）

・様々な植物や作物への1細胞シーケンス技術の適用

これまでモデル植物として最もよく利用されているシロイヌナズナはscRNA-seqにおいても同様であった．2019年にDenyerらは10x Chromiumを用いて20,000細胞を解析し，14の細胞タイプを同定，細胞分化を再構築した⁽⁵⁾5) T. Denyer, X. Ma, S. Klesen, E. Scacchi, K. Nieselt & M. C. P. Timmermans: Dev. Cell, 48, 840 (2019).．当初モデル植物のみであった1細胞シーケンス技術が農作物へ適用されることは時間の問題であった．トウモロコシ穂軸の1細胞解析では約12,000細胞のプロファイリングから収量関連遺伝子ネットワークが抽出され，分子育種への応用が期待されている⁽⁶⁾6) X. Xu, M. Crow, B. R. Rice, F. Li, B. Harris, L. Liu, E. Demesa-Arevalo, Z. Lu, L. Wang, N. Fox et al.: Dev. Cell, 56, 557 (2021).．また，イネ根端のscRNA-seqアトラス構築は，表皮細胞と基本組織の分化経路を解明し，養分吸収効率改善の標的遺伝子を同定した⁽⁷⁾7) T.-Q. Zhang, Y. Chen, Y. Liu, W.-H. Lin & J.-W. Wang: Nat. Commun., 12, 2053 (2021).．Zhangらはパンコムギ（Triticum aestivum）根におけるサブゲノム間の非対称的遺伝子発現パターンと細胞分化の分子メカニズムを明らかにしている⁽⁸⁾8) S. Yanyan, J. Sun, C. Lin, J. Zhang, H. Yan, Z. Guan & C. Zhang: Cells (Basel, Switzerland), 13, 1561 (2024).．薬剤アルカロイドを合成するニチニチソウ（Catharanthus roseus）の単細胞代謝解析では，モノテルペンイドアルカロイド生合成が3種類の細胞間で分業されていることが明らかとなった⁽⁹⁾9) S. Sun, X. Shen, Y. Li, Y. Li, S. Wang, R. Li, H. Zhang, G. Shen, B. Guo, J. Wei et al.: Nat. Plants, 9, 179 (2023).．2025年には，Noboriらが空間的な遺伝子発現マッピング技術（MERFISH）と組み合わせることで，植物免疫におけるPRIMER細胞を報告している⁽¹⁰⁾10) T. Nobori, A. Monell, T. A. Lee, Y. Sakata, S. Shirahama, J. Zhou, J. R. Nery, A. Mine & J. R. Ecker: Nature, 638, 197 (2025).．

・技術的な課題

植物細胞には細胞壁が存在するため，動物細胞と比較して細胞を分離する物理的障壁が高い．そのため，細胞壁を酵素化学的に溶解しプロトプラストとして遊離細胞を取得する．しかし，調製時のストレス影響が最大の課題で，細胞壁分解酵素処理が転写プロファイルを撹乱することがある．これを回避するため細胞ではなく核を単離しシーケンスする核単離法（snRNA-seq）が開発された．snRNA-seqは厳密には1細胞ではないが，1細胞と同質の結果を得ており，細胞へのストレスが低いことや冷凍サンプルの処理が可能であることなどから，今後もより発展していく技術であろう⁽¹¹⁾11) S. A. Cervantes-Pérez, S. Thibivillliers, S. Tennant & M. Libault: Plant Sci., 325, 111486 (2022).．また，植物ゲノム特有の複雑さも大きな課題となっている．特に多倍体作物では遺伝子冗長性が高く，それぞれの遺伝子機能解明には高度な計算ツールが必要である．また，ばらつきの多い生物試料であることと，膨大でスパースな情報の集合であるため，情報生物科学の分野での高度な技術を必要としており，精力的な研究が行われている⁽¹²⁾12) C. Grones, T. Eekhout, D. Shi, M. Neumann, L. S. Berg, Y. Ke, R. Shahan, K. L. Cox Jr., F. Gomez-Cano, H. Nelissen et al.: Plant Cell, 36, 812 (2024).．動物分野では低コスト化への流れも早く，SPLiT-seqやEvercodeなど動物分野で開発された低コスト技術の植物への応用が期待される．また，国際共同プロジェクト「ヒト細胞アトラス」に倣った「植物細胞アトラス」構築の動きも活発化しており，標準化されたデータベース整備が急務である⁽¹³⁾13) Plant Cell Atlas Consortium, S. G. Jha, A. T. Borowsky, B. J. Cole, N. Fahlgren, A. Farmer, S.-S. C. Huang, P. Karia, M. Libault, N. J. Provart, S. L. Rice et al.: eLife, 10, e66877 (2021).．

・総括と展望

植物を使用した1細胞シーケンス技術は爆発的に増大しているが，この傾向は2019年に始まったばかりである．この研究速度は生成AIの発展とともに更に加速するのは間違いない．現在，1細胞シーケンスコストは$0.01/cellまで低下しており，数年（1年？）以内には現在のバルクRNA-Seqと同等までの価格帯になるだろう．1細胞シーケンス技術は単なる解析ツールを超え，植物生命システムの本質的理解と持続可能な農業実現のための基盤技術として進化を続けることは疑いようがなく，さらなる数多くのブレイクスルーを生み出すと確信している．