توالی‌یابی رونوشت‌های تک سلولی مسیرهای دودمان آرابیدوپسیس استوما و برگ‌ها را نشان می‌دهد.

توالی یابی تک سلولی (توالی یابی تک سلولی) اکنون به یکی از داغ ترین فناوری ها تبدیل شده است. توالی یابی RNA تک سلولی (scRNA-Seq) در مشاهده سلول های منفرد در ابعاد چندگانه، آشکارسازی ناهمگنی و عملکرد سلولی، و مطالعه مسیرهای تکاملی دودمان سلولی در طول توسعه اهمیت زیادی دارد.

در سال های اخیر، در زمینه علوم گیاهی، دانشمندان چینی پیشرفت های مهمی در scRNA-Seq داشته اند، مانند وانگ جیاوئی از مرکز تعالی گیاهان مولکولی آکادمی علوم چین [1,2،3]، سان منگشیانگ از ووهان. دانشگاه [4]، و Sun Xuwu از دانشگاه هنان [XNUMX] و سایر گروه‌های تحقیقاتی، همگی مقالات سطح بالا مربوط به scRNA-Seq را منتشر کرده‌اند که پتانسیل بزرگ این فناوری در حال ظهور را در تحقیقات گیاهی نشان می‌دهد.

روزنه ها منافذ ریز هستند که توسط سلول های اپیدرمی برگ گیاه از طریق تقسیم نامتقارن تولید می شوند. در طی این فرآیند، دو نوع سلول، سلول‌های روسازی و سلول‌های نگهبان ایجاد می‌شوند [5]. سلول های نگهبان در تنظیم تعرق گیاه نقش دارند. و تبادل گاز با محیط زیست [6]. با این حال، مکانیسم‌های مولکولی زیربنای انعطاف‌پذیری عملکردی سلولی در طول رشد دودمان روزنه‌ای و چگونگی تعیین سرنوشت سلولی در برگ‌ها در حال حاضر ناشناخته است.

اخیراً، گروه تحقیقاتی پروفسور Dominique C. Bergmann از دانشگاه استنفورد با استفاده از فناوری scRNA-Seq همراه با ژنتیک مولکولی و روش‌های دیگر، مقاله‌ای با عنوان تفکیک تک سلولی مسیرهای دودمانی در دودمان روزنه‌ای آرابیدوپسیس و برگ در حال رشد در سلول‌های تکاملی منتشر کرده است. یک مدل پویا از تمایز انواع مختلف سلول ها در بافت برگ آرابیدوپسیس حل شد.

با توجه به اینکه داده‌های scRNA-seq برگ منتشر شده عمدتاً سلول‌های مزوفیل هستند، محققان از پروموتر لایه مریستم Arabidopsis ATML1 (MERISTEM LAYER 1) برای هدایت ژن گزارشگر، همراه با مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس (FACS) و میکروسیالات استفاده کردند. پلت فرم 10X Genomics برای به دست آوردن یک نوع سلول جامع تر و متعادل تر در برگ ها برای تجزیه و تحلیل بعدی.

علاوه بر این، با استفاده از ژن‌هایی که به طور خاص در انواع مختلف سلول بیان می‌شوند، ما خوشه‌هایی از سلول‌های عروقی، مزوفیل و اپیدرمی را تعریف کردیم و از طریق تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای هویت‌ها و مسیرهای سلولی، برنامه‌های ژنتیکی خاص این انواع سلول و فاصله / نزدیکی برگ را نشان دادیم. ویژگی های قطبی صفحه محوری. برای بررسی بیشتر الگوهای تمایز دودمان سلولی روزنه، محققان از پروموتر ژن رشد روزنه TMM (TOO MANY MOUTHS) برای هدایت یک ژن گزارشگر استفاده کردند و یک مجموعه داده scRNA-seq ویژه دودمان روزنه را در سلول های اپیدرمی به دست آوردند.

با تجزیه و تحلیل 13,000 سلول از دودمان روزنه، محققان مسیرهای تمایزی را شناسایی کردند که به سرنوشت روزنه یا سرنوشتی که قبلاً فقط با مورفولوژی سلولی مشخص می شد، تمایل داشتند. مسیرهای شبه زمان نشان می دهد که تمایز روزنه نه با یک مسیر واحد بلکه توسط مسیرهای متعدد به دست می آید.

نویسندگان حدس می زنند که انتخاب سرنوشت سلولی خاص ممکن است ناشی از رویدادهای سریع، محلی یا حتی تصادفی باشد تا فرآیند کمی تا کیفی. علاوه بر این، این مطالعه همچنین نشان داد که فاکتور رونویسی SPEECHLESS (SPCH) که رشد سلولی را در مراحل اولیه تنظیم می‌کند، در مرحله آخر نیز نقش دارد و با سایر عوامل رونویسی مانند MUTE و FAMA برای هدایت سرنوشت سلول همکاری می‌کند. و تمایز سلول های نگهبان را ترویج می کند.

پروفسور برگمان دکترای خود را دریافت کرد. در زیست شناسی مولکولی از دانشگاه کلرادو در سال 2000، و سپس برای تحقیقات پسا دکتری وارد مؤسسه علوم کارنگی در ایالات متحده شد.

در حال حاضر، پروفسور برگمان در دانشکده زیست شناسی دانشگاه استنفورد، ایالات متحده آمریکا کار می کند و عمدتاً درگیر کارهای مربوط به تقسیم سلولی نامتقارن در رشد روزنه ای است. Arabidopsis thaliana.

 

منابع: 1. Zhang TQ، Xu ZG، Shang GD، و همکاران. توالی یابی RNA تک سلولی چشم انداز رشد ریشه آرابیدوپسیس [J] را نمایان می کند. گیاه مولکولی، 2019، 12 (5).2. Zhang TQ، Chen Y، Wang J W. تجزیه و تحلیل تک سلولی راس شاخه رویشی Arabidopsis [J]. سلول رشدی، 2021.3. ژو ایکس، لیو زی، شن کی، و همکاران. تجزیه و تحلیل رونوشت اختصاصی دودمان سلولی برای تفسیر مشخصات سرنوشت سلولی پروامبریوها [J]. Nature Communications، 2020، 11(1):1366.4. Liu Z، Zhou Y، Guo J، و همکاران. نمایه‌های مولکولی دینامیک جهانی توسعه سلولی دودمان روزنه‌ای توسط توالی‌یابی RNA تک سلولی [J]. کارخانه مولکولی، 2020.5. Lee LR، Wengier DL، Bergmann D C. رونوشت نوع سلولی خاص و دینامیک اصلاح هیستون در طول برنامه ریزی مجدد سلولی در اصل و نسب روزنه ای Arabidopsis [J]. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2019، 116(43):201911400.6. صبح. H، Fi. W. نقش روزنه ها در حس کردن و ایجاد تغییرات محیطی [J]. طبیعت، 2003، 424(6951):901-908.