Ang single-cell transcriptome sequencing ay nagpapakita ng mga lineage trajectories ng Arabidopsis stoma at mga dahon

Ang single-cell sequencing (single-cell sequencing) ay naging isa na ngayon sa pinakamainit na teknolohiya. Ang single-cell RNA sequencing (scRNA-Seq) ay may malaking kahalagahan sa pag-obserba ng mga solong cell sa maraming dimensyon, pagbubunyag ng cellular heterogeneity at pag-andar, at pag-aaral ng mga evolutionary path ng mga cell lineage sa panahon ng pag-unlad.

Sa mga nagdaang taon, sa larangan ng agham ng halaman, ang mga siyentipikong Tsino ay gumawa ng mahalagang pag-unlad sa scRNA-Seq, tulad ni Wang Jiawei ng Center of Excellence for Molecular Plants ng Chinese Academy of Sciences [1,2], Sun Mengxiang ng Wuhan Ang Unibersidad [3], at Sun Xuwu ng Henan University [4] at iba pang pangkat ng pagsasaliksik Lahat ay naglathala ng mga artikulong may mataas na antas na may kaugnayan sa scRNA-Seq, na nagpapakita ng malaking potensyal ng umuusbong na teknolohiyang ito sa pananaliksik ng halaman.

Ang Stomata ay maliliit na pores na ginawa ng mga epidermal cell ng dahon ng halaman sa pamamagitan ng asymmetric division. Sa prosesong ito, dalawang uri ng cell, ang mga cell ng pavement at mga cell ng bantay, ay nilikha [5]. Ang mga cell ng bantay ay kasangkot sa pag-regulate ng transpiration ng halaman. at palitan ng gas sa kapaligiran [6]. Gayunpaman, ang mga mekanismo ng molekular na pinagbabatayan ng cellular functional flexibility sa panahon ng pag-unlad ng stomatal lineage at kung paano tinutukoy ang mga cell fates sa mga dahon ay kasalukuyang hindi alam.

Kamakailan, ang pangkat ng pananaliksik ni Propesor Dominique C. Bergmann ng Stanford University ay naglathala ng isang papel sa pananaliksik na pinamagatang Single-cell resolution ng lineage trajectories sa Arabidopsis stomatal lineage at pagbuo ng leaf sa Developmental Cell, gamit ang teknolohiyang scRNA-Seq na sinamahan ng molecular genetics at iba pang mga pamamaraan. Ang isang dynamic na modelo ng pagkita ng kaibahan ng iba't ibang uri ng mga cell sa Arabidopsis leaf tissue ay nalutas.

Dahil ang dati nang nai-publish na data ng leaf scRNA-seq ay pangunahing mga mesophyll cells, ginamit ng mga mananaliksik ang Arabidopsis meristem layer ATML1 (MERISTEM LAYER 1) promoter upang himukin ang reporter gene, na sinamahan ng fluorescence-activated cell sorting (FACS) ) at ang microfluidics ng ang 10X Genomics platform upang makakuha ng mas komprehensibo at balanseng uri ng cell sa mga dahon para sa kasunod na pagsusuri.

Dagdag pa, gamit ang mga gene na partikular na ipinahayag sa iba't ibang uri ng cell, tinukoy namin ang mga kumpol ng mga vascular, mesophyll, at epidermal na mga cell, at sa pamamagitan ng paghahambing na pagsusuri ng mga pagkakakilanlan ng cell at mga trajectory, ay nagsiwalat ng mga tiyak na genetic na programa ng mga uri ng cell na ito at distansya ng dahon / kalapitan. Mga katangian ng polar ng axial plane. Upang higit pang tuklasin ang mga pattern ng pagkakaiba-iba ng mga linya ng stomatal cell, ginamit ng mga mananaliksik ang stomatal development gene na TMM (TOO MANY MOUTHS) na promoter upang himukin ang isang reporter gene at kumuha ng stomatal lineage-specific na scRNA-seq dataset sa mga epidermal cell.

Sa pamamagitan ng pagsusuri sa 13,000 mga cell ng stomatal lineage, natukoy ng mga mananaliksik ang mga trajectory ng pagkita ng kaibhan na may posibilidad sa alinman sa mga stomatal fates o fates na dati ay nailalarawan lamang ng cell morphology. Ang mga pseudotime trajectories ay nagpapakita na ang stomatal differentiation ay nakakamit hindi sa pamamagitan ng isang pathway ngunit sa pamamagitan ng maramihang mga pathway.

Ang mga may-akda ay nag-isip na ang pagpili ng mga tiyak na cell fates ay maaaring sanhi ng mabilis, lokal o kahit na random na mga kaganapan, sa halip na isang quantitative sa qualitative na proseso. Bilang karagdagan, natuklasan din ng pag-aaral na ang transcription factor na SPEECHLESS (SPCH), na kumokontrol sa pag-unlad ng cell sa maagang yugto, ay gumaganap din ng isang papel sa huling yugto, at nakikipagtulungan ito sa iba pang mga kadahilanan ng transkripsyon tulad ng MUTE at FAMA upang himukin ang kapalaran ng cell. at itaguyod ang pagkakaiba-iba ng mga guard cell.

Natanggap ni Propesor Bergmann ang kanyang Ph.D. sa Molecular Biology mula sa University of Colorado noong 2000, at pagkatapos ay pumasok sa Carnegie Institution for Science sa Estados Unidos para sa postdoctoral na pananaliksik.

Sa kasalukuyan, si Propesor Bergmann ay nagtatrabaho sa School of Biology, Stanford University, USA, at pangunahing nakikibahagi sa gawaing nauugnay sa asymmetric cell division sa pag-unlad ng stomata ng Arabidopsis thaliana.

 

mga sanggunian: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. Isang Single-Cell RNA Sequencing Profiles ang Developmental Landscape ng Arabidopsis Root[J]. Molecular Plant, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Isang solong-cell na pagsusuri ng Arabidopsis vegetative shoot apex [J]. Developmental Cell, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, et al. Cell lineage-specific transcriptome analysis para sa pagbibigay-kahulugan sa cell fate specification ng proembryos[J]. Nature Communications, 2020, 11(1):1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, et al. Mga Global Dynamic Molecular Profile ng Stomatal Lineage Cell Development sa pamamagitan ng Single-Cell RNA Sequencing[J]. Molecular Plant, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Cell-type-specific transcriptome at histone modification dynamics sa panahon ng cellular reprogramming sa Arabidopsis stomatal lineage [J]. Mga Pamamaraan ng National Academy of Sciences, 2019, 116(43):201911400.6. Am. H, Fi. W. Ang papel ng stomata sa pagdama at pagmamaneho ng pagbabago sa kapaligiran[J]. Kalikasan, 2003, 424(6951):901-908.