Vienas šūnas transkripta sekvencēšana atklāj Arabidopsis stomas un lapu līnijas trajektorijas

Vienšūnas sekvencēšana (vienšūnas sekvencēšana) tagad ir kļuvusi par vienu no karstākajām tehnoloģijām. Vienas šūnas RNS sekvencēšanai (scRNA-Seq) ir liela nozīme, novērojot atsevišķas šūnas vairākās dimensijās, atklājot šūnu neviendabīgumu un funkciju, kā arī pētot šūnu līniju evolūcijas ceļus attīstības laikā.

Pēdējos gados augu zinātnes jomā ķīniešu zinātnieki ir guvuši nozīmīgu progresu scRNA-Seq jomā, piemēram, Wang Jiawei no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Molekulāro augu izcilības centra [1,2], Sun Mengxiang no Uhaņas. Universitāte [3] un Sun Xuwu no Henanas universitātes [4] un citas pētniecības grupas Visas ir publicējušas augsta līmeņa rakstus, kas saistīti ar scRNA-Seq, kas parāda šīs jaunās tehnoloģijas lielo potenciālu augu pētījumos.

Stomas ir sīkas poras, ko rada augu lapu epidermas šūnas asimetriskas dalīšanās ceļā. Šī procesa laikā tiek izveidoti divi šūnu veidi, seguma šūnas un aizsargšūnas [5]. Aizsargu šūnas ir iesaistītas augu transpirācijas regulēšanā. un gāzu apmaiņa ar vidi [6]. Tomēr pašlaik nav zināmi molekulārie mehānismi, kas ir pamatā šūnu funkcionālajai elastībai stomatālās līnijas attīstības laikā un kā tiek noteikti šūnu likteņi lapās.

Nesen Stenfordas universitātes profesora Dominika K. Bergmaņa pētnieku grupa publicēja pētniecisko rakstu ar nosaukumu Single-cell resolution of lineage trajectories in Arabidopsis stomatal lineage and developmental Cell, izmantojot scRNA-Seq tehnoloģiju apvienojumā ar molekulāro ģenētiku un citām metodēm. Tika atrisināts dinamisks dažādu veidu šūnu diferenciācijas modelis Arabidopsis lapu audos.

Ņemot vērā, ka iepriekš publicētie lapu scRNS-seq dati galvenokārt ir mezofila šūnas, pētnieki izmantoja Arabidopsis meristēmas slāņa ATML1 (MERISTEM LAYER 1) promotoru, lai vadītu reportiera gēnu, apvienojumā ar fluorescences aktivētu šūnu šķirošanu (FACS) un mikrofluidiku. 10X Genomics platforma, lai iegūtu visaptverošāku un līdzsvarotāku šūnu tipu lapās turpmākai analīzei.

Turklāt, izmantojot gēnus, kas īpaši izteikti dažādos šūnu tipos, mēs definējām asinsvadu, mezofila un epidermas šūnu kopas un, izmantojot šūnu identitātes un trajektoriju salīdzinošo analīzi, atklājām šo šūnu tipu specifiskās ģenētiskās programmas un lapu attālumu / tuvumu. Aksiālās plaknes polārie raksturlielumi. Lai turpinātu pētīt stomatālo šūnu līniju diferenciācijas modeļus, pētnieki izmantoja stomatālās attīstības gēna TMM (TOO MANY MOUTHS) promotoru, lai vadītu reportiera gēnu, un epidermas šūnās ieguva stomatālās līnijas specifisku scRNA-seq datu kopu.

Analizējot 13,000 XNUMX stomatālās līnijas šūnu, pētnieki identificēja diferenciācijas trajektorijas, kurām bija tendence vai nu stomatāla liktenim, vai liktenim, ko iepriekš raksturoja tikai šūnu morfoloģija. Pseidolaika trajektorijas parāda, ka stomatāla diferenciācija tiek panākta nevis ar vienu ceļu, bet gan ar vairākiem ceļiem.

Autori spekulē, ka konkrētu šūnu likteņu izvēli var izraisīt ātri, lokāli vai pat nejauši notikumi, nevis kvantitatīvs vai kvalitatīvs process. Turklāt pētījums arī atklāja, ka transkripcijas faktoram SPEECHLESS (SPCH), kas regulē šūnu attīstību agrīnā stadijā, ir nozīme arī vēlīnā stadijā, un tas sadarbojas ar citiem transkripcijas faktoriem, piemēram, MUTE un FAMA, lai virzītu šūnu likteni. un veicināt aizsargšūnu diferenciāciju.

Profesors Bergmans ieguva doktora grādu. Molekulārajā bioloģijā Kolorādo Universitātē 2000. gadā un pēc tam iestājās Kārnegi zinātnes institūtā ASV, lai veiktu pēcdoktorantūras pētījumus.

Pašlaik profesors Bergmans strādā Stenfordas universitātes Bioloģijas skolā, ASV un galvenokārt nodarbojas ar darbu, kas saistīts ar asimetrisko šūnu dalīšanos stomatālās attīstības procesā. Arabidopsis thaliana.

 

atsauces: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD u.c. Vienas šūnas RNS sekvencēšana raksturo Arabidopsis saknes attīstības ainavu [J]. Molecular Plant, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Arabidopsis veģetatīvās dzinumu virsotnes [J] vienas šūnas analīze. Attīstības šūna, 2021.3. Džou X, Liu Z, Šens K u.c. Šūnu līnijai specifiska transkripta analīze, lai interpretētu proembriju [J] šūnu likteņa specifikāciju. Nature Communications, 2020, 11(1): 1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J u.c. Stomatālās līnijas šūnu attīstības globālie dinamiskie molekulārie profili, izmantojot vienas šūnas RNS sekvencēšanu [J]. Molekulārā iekārta, 2020.5. 2019. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Šūnu tipam specifiskā transkripta un histona modifikācijas dinamika šūnu pārprogrammēšanas laikā Arabidopsis stomatal lineage [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116, 43(201911400.6):2003. Am. H, Fi. W. Stomatu loma vides izmaiņu noteikšanā un virzīšanā[J]. Nature, 424, 6951(901):908-XNUMX.