1. TIN TỨC
  2. Giải trình tự gen phiên mã đơn bào cho thấy quỹ đạo dòng dõi của khối u và lá cây Arabidopsis

Giải trình tự gen phiên mã đơn bào cho thấy quỹ đạo dòng dõi của khối u và lá cây Arabidopsis

Giải trình tự đơn bào (single-cell sequencing) hiện đã trở thành một trong những công nghệ hot nhất. Giải trình tự RNA đơn bào (scRNA-Seq) có ý nghĩa lớn trong việc quan sát các tế bào đơn lẻ theo nhiều chiều, tiết lộ chức năng và tính không đồng nhất của tế bào, đồng thời nghiên cứu các con đường tiến hóa của các dòng tế bào trong quá trình phát triển.

Trong những năm gần đây, trong lĩnh vực khoa học thực vật, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được những tiến bộ quan trọng trong scRNA-Seq, chẳng hạn như Vương Gia Vệ của Trung tâm Thực vật Phân tử Xuất sắc thuộc Viện Khoa học Trung Quốc [1,2], Sun Mengxiang ở Vũ Hán. Đại học [3], và Sun Xuwu của Đại học Hà Nam [4] và các nhóm nghiên cứu khác Tất cả đã xuất bản các bài báo cấp cao liên quan đến scRNA-Seq, cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ mới nổi này trong nghiên cứu thực vật.

Khí khổng là những lỗ nhỏ do các tế bào biểu bì của lá thực vật tạo ra thông qua quá trình phân chia không đối xứng. Trong quá trình này, hai loại ô, ô vỉa hè và ô bảo vệ, được tạo ra [5]. Tế bào bảo vệ tham gia vào việc điều hòa sự thoát hơi nước của cây. và trao đổi khí với môi trường [6]. Tuy nhiên, các cơ chế phân tử cơ bản về tính linh hoạt chức năng của tế bào trong quá trình phát triển dòng khí khổng và cách xác định số lượng tế bào trong lá hiện vẫn chưa được biết rõ.

Mới đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Dominique C. Bergmann thuộc Đại học Stanford đã công bố bài báo nghiên cứu mang tên Phân giải tế bào đơn của quỹ đạo dòng dõi trong dòng cây Arabidopsis khí khổng và phát triển lá trong tế bào phát triển, sử dụng công nghệ scRNA-Seq kết hợp với di truyền phân tử và các phương pháp khác Một mô hình động về sự khác biệt của các loại tế bào khác nhau trong mô lá cây Arabidopsis đã được giải quyết.

Việc giải trình tự gen phiên mã đơn bào cho thấy quỹ đạo dòng dõi trong khí khổng và lá cây Arabidopsis
Do dữ liệu scRNA-seq của lá được công bố trước đây chủ yếu là các tế bào trung mô, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất xúc tiến ATML1 (MERISTEM LAYER 1) của lớp mô phân sinh Arabidopsis để điều khiển gen báo cáo, kết hợp với phân loại tế bào kích hoạt huỳnh quang (FACS)) và vi lỏng của nền tảng Genomics 10X để có được loại tế bào cân bằng và toàn diện hơn trong lá cho các phân tích tiếp theo.

Hơn nữa, bằng cách sử dụng các gen được biểu hiện cụ thể trong các loại tế bào khác nhau, chúng tôi xác định các cụm tế bào mạch máu, trung bì và biểu bì, và thông qua phân tích so sánh về đặc điểm và quỹ đạo của tế bào, đã tiết lộ các chương trình di truyền cụ thể của các loại tế bào này và khoảng cách / độ gần của lá. Đặc điểm cực của mặt phẳng trục. Để khám phá sâu hơn các mô hình biệt hóa của các dòng tế bào khí khổng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng trình tự khởi động gen phát triển tế bào khí khổng TMM (TOO MANY MOUTHS) để điều khiển gen báo cáo và thu được bộ dữ liệu scRNA-seq đặc trưng cho dòng khí khổng trong các tế bào biểu bì.

Bằng cách phân tích 13,000 tế bào thuộc dòng khí khổng, các nhà nghiên cứu đã xác định được các quỹ đạo biệt hóa có xu hướng đối với số lượng khí khổng hoặc các số phận trước đây chỉ đặc trưng bởi hình thái tế bào. Các quỹ đạo giả thời gian cho thấy rằng sự phân hóa khí khổng đạt được không phải bằng một con đường duy nhất mà bằng nhiều con đường.

Các tác giả suy đoán rằng sự lựa chọn số phận tế bào cụ thể có thể do các sự kiện nhanh chóng, cục bộ hoặc thậm chí ngẫu nhiên, chứ không phải là một quá trình định tính đến định lượng. Ngoài ra, nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng yếu tố phiên mã SPEECHLESS (SPCH), điều chỉnh sự phát triển của tế bào ở giai đoạn đầu, cũng đóng một vai trò nhất định trong giai đoạn cuối, và nó phối hợp với các yếu tố phiên mã khác như MUTE và FAMA để điều khiển số phận tế bào. và thúc đẩy sự phân hóa của các tế bào bảo vệ.

Giáo sư Bergmann nhận bằng Tiến sĩ. trong Sinh học Phân tử của Đại học Colorado năm 2000, và sau đó vào Học viện Khoa học Carnegie ở Hoa Kỳ để nghiên cứu sau tiến sĩ.

Hiện tại, Giáo sư Bergmann đang làm việc tại Trường Sinh học, Đại học Stanford, Hoa Kỳ và chủ yếu tham gia vào các công việc liên quan đến sự phân chia tế bào không đối xứng trong quá trình phát triển khí khổng của Arabidopsis thaliana.

 

tài liệu tham khảo: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. Trình tự RNA đơn bào tạo nên cảnh quan phát triển của rễ cây Arabidopsis [J]. Nhà máy phân tử, 2019, 12 (5) .2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Một phân tích đơn bào của đỉnh chồi sinh dưỡng Arabidopsis [J]. Tế bào phát triển, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, et al. Phân tích bộ phiên mã đặc trưng cho dòng tế bào để giải thích đặc điểm số phận tế bào của proembryos [J]. Nature Communications, 2020, 11 (1): 1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, et al. Hồ sơ phân tử động toàn cầu của sự phát triển tế bào dòng khí khổng bằng cách giải trình tự RNA tế bào [J]. Nhà máy phân tử, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Động lực biến đổi mô dạng tế bào đặc trưng cho loại tế bào và biến đổi histone trong quá trình tái lập trình tế bào ở dòng khí khổng Arabidopsis [J]. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, 2019, 116 (43): 201911400.6. Là. H, Fi. W. Vai trò của khí khổng trong việc cảm nhận và thúc đẩy sự thay đổi của môi trường [J]. Nature, 2003, 424 (6951): 901-908.