Einfrumu umritaröðun sýnir ætternisferil Arabidopsis stóma og laufblaða

Einfrumu raðgreining (einfrumu raðgreining) er nú orðin ein heitasta tæknin. Einfrumu RNA raðgreining (scRNA-Seq) hefur mikla þýðingu við að fylgjast með stökum frumum í mörgum víddum, sýna frumu misleitni og virkni og rannsaka þróunarleiðir frumuætta meðan á þróun stendur.

Á undanförnum árum, á sviði plöntuvísinda, hafa kínverskir vísindamenn náð mikilvægum framförum í scRNA-Seq, svo sem Wang Jiawei hjá öndvegismiðstöð sameindaplöntur kínversku vísindaakademíunnar [1,2], Sun Mengxiang frá Wuhan. Háskólinn [3] og Sun Xuwu frá Henan háskólanum [4] og aðrir rannsóknarhópar Allir hafa birt hágæða greinar sem tengjast scRNA-Seq, sem sýnir mikla möguleika þessarar vaxandi tækni í plönturannsóknum.

Stomata eru örsmáar svitaholur sem framleiddar eru af húðþekjufrumum plantnablaða með ósamhverfri skiptingu. Í þessu ferli verða til tvær frumugerðir, gangstéttarfrumur og verndarfrumur, [5]. Varðfrumur taka þátt í að stjórna útbreiðslu plantna. og gasskipti við umhverfið [6]. Samt sem áður eru sameindakerfin sem liggja að baki virkni frumu sveigjanleika við þróun munnafleggjarnar og hvernig frumuörlög í laufblöðum eru ákvörðuð óþekkt eins og er.

Nýlega birti rannsóknarhópur prófessors Dominique C. Bergmann við Stanford háskóla rannsóknarritgerð sem ber heitið Single-cell resolution of lineage trajectories in the Arabidopsis stomatal lineage and developing leaf in Developmental Cell, með scRNA-Seq tækni ásamt sameindaerfðafræði og öðrum aðferðum. Dýnamískt líkan af aðgreiningu mismunandi gerða frumna í Arabidopsis blaðavef var leyst.

Einfrumu umritaröðun sýnir ætternisferla í Arabidopsis stomata og laufum
Í ljósi þess að áður birt blöð scRNA-seq gögn eru aðallega mesófýlfrumur, notuðu vísindamennirnir Arabidopsis meristem layer ATML1 (MERISTEM LAYER 1) hvata til að knýja reporter genið, ásamt flúrljómunarvirkjaðri frumuflokkun (FACS) ) og örvökva af 10X Genomics vettvangurinn til að fá yfirgripsmeiri og jafnvægi frumutegundar í laufum til síðari greiningar.

Ennfremur, með því að nota gena sem eru sérstaklega tjáð í mismunandi frumugerðum, skilgreindum við klasa af æða-, mesófýl- og húðþekjufrumum, og með samanburðargreiningu á frumuauðkenni og -ferlum, kom í ljós sérstök erfðafræðileg forrit þessara frumutegunda og blaða fjarlægð/nálægð. Skauteinkenni axialplansins. Til að kanna frekar aðgreiningarmynstur munnfrumnaætta, notuðu vísindamenn munnþroskagenið TMM (TOO MANY MOUTHS) hvata til að knýja skýrslugen og náðu sértæku scRNA-seq gagnasafni í húðþekju.

Með því að greina 13,000 frumur í munnholsættum greindu rannsakendur aðgreiningarferla sem höfðu tilhneigingu til annaðhvort örlög munnhols eða örlög sem áður einkenndust eingöngu af frumuformi. Gervitímaferlar sýna að aðgreining á munnholi næst ekki með einni leið heldur með mörgum leiðum.

Höfundarnir velta því fyrir sér að val á sérstökum örlögum frumna geti stafað af hröðum, staðbundnum eða jafnvel tilviljunarkenndum atburðum, frekar en magnbundnu til eigindlegu ferli. Að auki leiddi rannsóknin einnig í ljós að umritunarþátturinn SPEECHLESS (SPCH), sem stjórnar frumuþroska á frumstigi, gegnir einnig hlutverki á seint stigi og hann vinnur með öðrum umritunarþáttum eins og MUTE og FAMA til að knýja fram örlög frumna. og stuðla að aðgreiningu verndarfrumna.

Prófessor Bergmann hlaut Ph.D. í sameindalíffræði frá háskólanum í Colorado árið 2000, og fór síðan inn í Carnegie Institution for Science í Bandaríkjunum til doktorsrannsókna.

Núna starfar prófessor Bergmann við líffræðideild Stanford háskólans í Bandaríkjunum og fæst aðallega við starf sem tengist ósamhverfri frumuskiptingu í munnþroska Arabidopsis thaliana.

 

tilvísanir: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, o.fl. Einfrumu RNA raðgreining sýnir þróunarlandslag Arabidopsis rótar[J]. Molecular Plant, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Einfrumugreining á Arabidopsis kynþroska skjóta toppi [J]. Þroskafrumur, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, o.fl. Frumuættarsérhæfð umritagreining til að túlka örlagaforskrift frumufruma [J]. Náttúrusamskipti, 2020, 11(1):1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, o.fl. Global Dynamic Molecular Profiles of Stomatal Lineage Cell Development með einfrumu RNA raðgreiningu[J]. Sameindaverksmiðja, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Virkni frumugerðarsértækrar umritunar og breytinga á históni við endurforritun frumna í munnfrumum Arabidopsis [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(43):201911400.6. Am. H, Fi. W. Hlutverk munnhola við að skynja og knýja fram umhverfisbreytingar[J]. Náttúra, 2003, 424(6951):901-908.