Mae dilyniannu trawsgrifiad ungell yn datgelu taflwybrau llinach stoma a dail Arabidopsis

Mae dilyniannu un gell (dilyniannu cell sengl) bellach yn un o'r technolegau poethaf. Mae dilyniannu RNA cell sengl (scRNA-Seq) yn arwyddocaol iawn wrth arsylwi celloedd sengl mewn dimensiynau lluosog, datgelu heterogenedd cellog a swyddogaeth, ac astudio llwybrau esblygiadol llinachau celloedd yn ystod datblygiad.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, ym maes gwyddoniaeth planhigion, mae gwyddonwyr Tsieineaidd wedi gwneud cynnydd pwysig yn scRNA-Seq, megis Wang Jiawei o Ganolfan Ragoriaeth Planhigion Moleciwlaidd Academi Gwyddorau Tsieineaidd [1,2], Sun Mengxiang o Wuhan Prifysgol [3], a Sun Xuwu o Brifysgol Henan [4] a grwpiau ymchwil eraill Mae pob un wedi cyhoeddi erthyglau lefel uchel yn ymwneud â scRNA-Seq, sy'n dangos potensial mawr y dechnoleg hon sy'n dod i'r amlwg mewn ymchwil planhigion.

Mandyllau bach yw stomata a gynhyrchir gan gelloedd epidermaidd dail planhigion trwy raniad anghymesur. Yn ystod y broses hon, mae dau fath o gell, sef celloedd palmant a chelloedd gwarchod, yn cael eu creu [5]. Mae celloedd gwarchod yn ymwneud â rheoleiddio trydarthiad planhigion. a chyfnewid nwy gyda'r amgylchedd [6]. Fodd bynnag, nid yw'r mecanweithiau moleciwlaidd sy'n sail i hyblygrwydd swyddogaethol cellog yn ystod datblygiad llinach stomataidd a sut y pennir tynged celloedd mewn dail yn hysbys ar hyn o bryd.

Yn ddiweddar, cyhoeddodd grŵp ymchwil yr Athro Dominique C. Bergmann o Brifysgol Stanford bapur ymchwil o'r enw Single-cell resolution of lineage trajectories in the Arabidopsis stomatal lineage a deilen sy'n datblygu mewn Cell Datblygiadol, gan ddefnyddio technoleg scRNA-Seq wedi'i chyfuno â geneteg foleciwlaidd a dulliau eraill Datryswyd model deinamig o wahaniaethu gwahanol fathau o gelloedd ym meinwe dail Arabidopsis.

O ystyried bod y data scRNA-seq dail a gyhoeddwyd yn flaenorol yn gelloedd mesoffyl yn bennaf, defnyddiodd yr ymchwilwyr hyrwyddwr haen meristem Arabidopsis ATML1 (HAEN MERISTEM 1) i yrru genyn y gohebydd, ynghyd â didoli celloedd wedi'i actifadu gan fflworoleuedd (FACS) a microhylifau y llwyfan Genomeg 10X i gael math mwy cynhwysfawr a chytbwys o gelloedd mewn dail i'w dadansoddi wedyn.

Ymhellach, gan ddefnyddio genynnau a fynegir yn benodol mewn gwahanol fathau o gelloedd, fe wnaethom ddiffinio clystyrau o gelloedd fasgwlaidd, mesoffyl, ac epidermaidd, a thrwy ddadansoddiad cymharol o hunaniaeth celloedd a thaflwybrau, datgelwyd rhaglenni genetig penodol y mathau hyn o gelloedd a phellter / agosrwydd dail. Nodweddion pegynol yr awyren echelinol. Er mwyn archwilio ymhellach batrymau gwahaniaethu llinachau celloedd stomataidd, defnyddiodd yr ymchwilwyr hyrwyddwr genyn datblygu stomatal TMM (RHY MANY GENAU) i yrru genyn gohebydd a chawsant set ddata scRNA-seq llinach stomatal-benodol mewn celloedd epidermaidd.

Trwy ddadansoddi 13,000 o gelloedd o linach stomataidd, nododd yr ymchwilwyr daflwybrau gwahaniaethu a oedd yn dueddol o naill ai tynged stomataidd neu dyngedau a nodweddwyd yn flaenorol gan morffoleg celloedd yn unig. Mae taflwybrau ffug-amser yn dangos bod gwahaniaethu stomataidd yn cael ei gyflawni nid trwy un llwybr ond trwy lwybrau lluosog.

Mae'r awduron yn dyfalu y gall y dewis o ffawd celloedd penodol gael ei achosi gan ddigwyddiadau cyflym, lleol neu hyd yn oed ar hap, yn hytrach na phroses feintiol i ansoddol. Yn ogystal, canfu'r astudiaeth hefyd fod y ffactor trawsgrifio SPEECHLESS (SPCH), sy'n rheoleiddio datblygiad celloedd yn y cyfnod cynnar, hefyd yn chwarae rhan yn y cyfnod hwyr, ac mae'n cydweithredu â ffactorau trawsgrifio eraill megis MUTE a FAMA i yrru tynged celloedd. a hyrwyddo gwahaniaethu celloedd gwarchod.

Derbyniodd yr Athro Bergmann ei Ph.D. mewn Bioleg Foleciwlaidd o Brifysgol Colorado yn 2000, ac yna aeth i Sefydliad Carnegie ar gyfer Gwyddoniaeth yn yr Unol Daleithiau ar gyfer ymchwil ôl-ddoethurol.

Ar hyn o bryd, mae’r Athro Bergmann yn gweithio yn yr Ysgol Bioleg, Prifysgol Stanford, UDA, ac mae’n ymwneud yn bennaf â’r gwaith sy’n ymwneud â rhaniad celloedd anghymesur yn natblygiad stomataidd Arabidopsis thaliana.

 

cyfeiriadau: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. Mae Dilyniannu RNA Ungell yn Proffilio Tirwedd Ddatblygiadol Gwraidd Arabidopsis[J]. Planhigyn Moleciwlaidd, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Dadansoddiad un gell o frig saethu llystyfol Arabidopsis[J]. Cell Datblygiadol, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, et al. Dadansoddiad trawsgrifio llinell-benodol cell ar gyfer dehongli manyleb tynged cell proembryonau[J]. Cyfathrebu Natur, 2020, 11(1):1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, et al. Proffiliau Moleciwlaidd Dynamig Byd-eang o Ddatblygiad Llinellau Stomataidd Celloedd trwy Ddilyniannu RNA Cell Sengl[J]. Planhigyn Moleciwlaidd, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Trawsgrifiad cell-math-benodol a deinameg addasu histone yn ystod ailraglennu cellog yn y llinach stomataidd Arabidopsis[J]. Trafodion yr Academi Wyddoniaeth Genedlaethol, 2019, 116(43): 201911400.6. Yn. H, Fi. C. Rôl stomata wrth synhwyro a gyrru newid amgylcheddol[J]. Natur, 2003, 424(6951):901-908.