Секвенирането на едноклетъчен транскриптом разкрива траектории на линията на стомата и листата на Arabidopsis
Едноклетъчното секвениране (едноклетъчно секвениране) сега се превърна в една от най-горещите технологии. Едноклетъчното РНК секвениране (scRNA-Seq) е от голямо значение за наблюдение на единични клетки в множество измерения, разкриване на клетъчна хетерогенност и функция и изучаване на еволюционните пътища на клетъчните линии по време на развитието.
През последните години в областта на науката за растенията китайски учени постигнаха важен напредък в scRNA-Seq, като Wang Jiawei от Центъра за върхови постижения за молекулярни растения на Китайската академия на науките [1,2], Sun Mengxiang от Ухан University [3] и Sun Xuwu от Henan University [4] и други изследователски групи Всички са публикували статии на високо ниво, свързани със scRNA-Seq, което показва големия потенциал на тази нововъзникваща технология в изследванията на растенията.
Устицата са малки пори, произведени от епидермалните клетки на растителни листа чрез асиметрично делене. По време на този процес се създават два типа клетки, клетки на настилка и клетки за защита [5]. Предпазните клетки участват в регулирането на транспирацията на растенията. и газообмен с околната среда [6]. Въпреки това, молекулярните механизми, които са в основата на клетъчната функционална гъвкавост по време на развитието на устицата и как се определят клетъчните съдби в листата, понастоящем са неизвестни.
Наскоро изследователската група на професор Dominique C. Bergmann от Станфордския университет публикува изследователска статия, озаглавена Single-cell resolution of lineage траектории в Arabidopsis stomatal lineage and development leaf in Developmental Cell, използвайки scRNA-Seq технология, комбинирана с молекулярна генетика и други методи Беше разрешен динамичен модел на диференциация на различни видове клетки в листната тъкан на Arabidopsis.
Като се има предвид, че по-рано публикуваните данни за scRNA-seq на листата са главно мезофилни клетки, изследователите са използвали промотора на меристемния слой на Arabidopsis ATML1 (MERISTEM LAYER 1), за да задвижат репортерния ген, комбиниран с флуоресцентно-активирано клетъчно сортиране (FACS)) и микрофлуидите на платформата 10X Genomics за получаване на по-изчерпателен и балансиран клетъчен тип в листата за последващ анализ.
Освен това, използвайки гени, специфично експресирани в различни клетъчни типове, ние дефинирахме клъстери от васкуларни, мезофилни и епидермални клетки и чрез сравнителен анализ на клетъчни идентичности и траектории разкрихме специфичните генетични програми на тези клетъчни типове и разстоянието/близостта на листата. Полярни характеристики на аксиалната равнина. За по-нататъшно изследване на моделите на диференциация на клетъчните линии на устицата, изследователите са използвали промотора на гена за развитие на устицата TMM (ТВЪРДЕ МНОГО УСТИ), за да задвижат репортерен ген и са получили набор от данни scRNA-seq, специфичен за линията на устицата, в епидермални клетки.
Чрез анализиране на 13,000 XNUMX клетки от устична линия, изследователите идентифицираха траектории на диференциация, които клоняха или към устични съдби, или към съдби, характеризиращи се преди това само с клетъчна морфология. Траекториите на псевдовремето показват, че диференциацията на устицата се постига не чрез един път, а чрез множество пътища.
Авторите спекулират, че изборът на специфични клетъчни съдби може да бъде причинен от бързи, локални или дори случайни събития, а не от количествен към качествен процес. В допълнение, проучването установи също, че транскрипционният фактор SPEECHLESS (SPCH), който регулира клетъчното развитие в ранния етап, също играе роля в късния етап и си сътрудничи с други транскрипционни фактори като MUTE и FAMA, за да управлява клетъчната съдба и насърчаване на диференциацията на защитните клетки.
Професор Бергман получава докторска степен. по молекулярна биология от Университета на Колорадо през 2000 г. и след това постъпва в Института за наука Карнеги в Съединените щати за следдокторантски изследвания.
В момента професор Бергман работи в Факултета по биология, Станфордския университет, САЩ, и е ангажиран основно с работата, свързана с асиметричното клетъчно делене в развитието на устицата на Arabidopsis thaliana.
препратки: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. Едноклетъчно РНК секвениране профилира пейзажа на развитие на корена на Arabidopsis [J]. Молекулярно растение, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Единичен клетъчен анализ на върха на вегетативната издънка на Arabidopsis [J]. Клетка за развитие, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K и др. Анализ на транскриптом, специфичен за клетъчната линия, за интерпретиране на спецификацията на клетъчната съдба на проембриони [J]. Nature Communications, 2020, 11 (1): 1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J и др. Глобални динамични молекулярни профили на клетъчно развитие на стоматална линия чрез секвениране на едноклетъчна РНК [J]. Молекулярно растение, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Специфичен за клетъчния тип транскриптом и динамика на модификация на хистони по време на клетъчно препрограмиране в устицата на Arabidopsis [J]. Сборник на Националната академия на науките, 2019, 116(43):201911400.6. Am. H, Fi. W. Ролята на устицата в усещането и стимулирането на промяната в околната среда [J]. Nature, 2003, 424 (6951): 901-908.
