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了解植物單細胞,從了解擬南芥的根開始 時間:2020-02-27


單細胞測序技術現已被廣泛應用于腫瘤學,發育學,和神經科學等多個生物醫學領域,并通過多組學的聯合分析,在醫學研究領域展現出廣闊的發展前景。于此同時,隨著Smart-seq2,Drop-seq,以及SPLiT-seq等單細胞測序技術的推陳出新,BD Rhapsody和10×Genomics商業化單細胞測序平臺的出現,單細胞測序的通量及應用范圍也在不斷加深。

由于植物細胞制備的限制,植物單細胞研究稍晚于動物領域,但自2019年以來,植物領域共有7篇單細胞文章被發表,這充分說明單細胞測序在植物領域已經開始生根發芽,在不遠的將來單細胞測序技術在植物領域也將會開枝散葉,結出更多壯碩美味的果實。

一、文獻分享

本期我們將以國內首篇單細胞文章為例,為大家簡單介紹一下植物單細胞轉錄組測序的相關進展。

2019年4月,國際期刊Molecular Plant在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所王佳偉課題組的研究結果“A Single-Cell RNA Sequencing Profiles the Developmental landscape of Arabidopsis Root”。



實驗設計

物種與材料:85個擬南芥根尖(0.5cm長根尖區域)

材料處理:Cellulase R-10,Macerozyme R-10

單細胞平臺:10×Genomics

測序平臺:Illumina NovaSeq

分析細胞數:7695 Cells

結果展示

植物根系通過對水分、礦質元素的吸收和轉運,為植物生長發育提供著營養支撐。植物根系細胞組成的異質性,是植物根系實現功能的基礎。


圖一擬南芥根冠細胞的異質性


研究人員利用單細胞測序技術,成功解析擬南芥根冠細胞的異質性,通過tSNE和UMAP等算法(圖一)構建擬南芥根系發育圖譜,鑒定了24個細胞類型,確定了根冠不同細胞的Marker genes。


圖二 細胞間離子同化和激素響應的獨特性


圖三 細胞分裂素對側根根冠的調節

本研究進一步利用UMAP的展示效果(圖二),體現出植物激素和離子同化在細胞類型間的不同。如生長素合成(IAA biosynthesis)和油菜素甾醇合成(BR biosynthesis)主要集中在韌皮部和中柱鞘(cluster1 和 cluster7),并利用熒光標記(DR5生長素響應元件,TCSn細胞分裂素響應元件)和突變體植物,驗證了生長素和細胞分裂素在根系細胞間分布的差異,證明了細胞分裂素在表皮細胞分化和側根根冠發育過程中的重要性(圖三)。

總的來說,本研究利用單細胞測序技術重構擬南芥根系轉錄圖譜,為植物發育學研究提供了新的思路和方法。


文獻鏈接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.004


三、 文章統計

小編將2019年植物領域發表的7篇單細胞文章進行了匯總整理,后臺留言“植物單細胞文章”獲取原文~


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