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                      了解植物单细胞,从了解拟南芥的根开始 时间:2020-02-27


                      单细胞测序技术现已被广泛应用于肿瘤学,发育学,和神经科学等多个生物医学领域,并通过多组学的联合分析,在医学研究领域展现出广阔的发展前景。于此同时,随着Smart-seq2,Drop-seq,以及SPLiT-seq等单细胞测序技术的推陈出新,BD Rhapsody和10×Genomics商业化单细胞测序平台的出现,单细胞测序的通量及应用范围也在不断加深。

                      由于植物细胞制备的限制,植物单细胞研究稍晚于动物领域,但自2019年以来,植物领域共有7篇单细胞文章被发表,这充分说明单细胞测序在植物领域已经开始生根发芽,在不远的将来单细胞测序技术在植物领域也将会开枝散叶,结出更多壮硕美味的果实。

                      一、文献分享

                      本期我们将以国内首篇单细胞文章为例,为大家简单介绍一下植物单细胞转录组测序的相关进展。

                      2019年4月,国际期刊Molecular Plant在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王佳伟课题组的研究结果“A Single-Cell RNA Sequencing Profiles the Developmental landscape of Arabidopsis Root”。



                      实验设计

                      物种与材料:85个拟南芥根尖(0.5cm长根尖区域)

                      材料处理:Cellulase R-10,Macerozyme R-10

                      单细胞平台:10×Genomics

                      测序平台:Illumina NovaSeq

                      分析细胞数:7695 Cells

                      结果展示

                      植物根系通过对水分、矿质元素的吸收和转运,为植物生长发育提供着营养支撑。植物根系细胞组成的异质性,是植物根系实现功能的基础。


                      图一拟南芥根冠细胞的异质性


                      研究人员利用单细胞测序技术,成功解析拟南芥根冠细胞的异质性,通过tSNE和UMAP等算法(图一)构建拟南芥根系发育图谱,鉴定了24个细胞类型,确定了根冠不同细胞的Marker genes。


                      图二 细胞间离子同化和激素响应的独特性


                      图三 细胞分裂素对侧根根冠的调节

                      本研究进一步利用UMAP的展示效果(图二),体现出植物激素和离子同化在细胞类型间的不同。如生长素合成(IAA biosynthesis)和油菜素甾醇合成(BR biosynthesis)主要集中在韧皮部和中柱鞘(cluster1 和 cluster7),并利用荧光标记(DR5生长素响应元件,TCSn细胞分裂素响应元件)和突变体植物,验证了生长素和细胞分裂素在根系细胞间分布的差异,证明了细胞分裂素在表皮细胞分化和侧根根冠发育过程中的重要性(图三)。

                      总的来说,本研究利用单细胞测序技术重构拟南芥根系转录图谱,为植物发育学研究提供了新的思路和方法。


                      文献链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.004


                      三、 文章统计

                      小编将2019年植物领域发表的7篇单细胞文章进行了汇总整理,后台留言“植物单细胞文章”获取原文~


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