Le séquençage unicellulaire du transcriptome révèle les trajectoires de lignée de la stomie et des feuilles d'Arabidopsis

Le séquençage unicellulaire (séquençage unicellulaire) est maintenant devenu l'une des technologies les plus en vogue. Le séquençage d'ARN unicellulaire (scRNA-Seq) est d'une grande importance pour l'observation de cellules individuelles dans de multiples dimensions, révélant l'hétérogénéité et la fonction cellulaires et étudiant les voies évolutives des lignées cellulaires au cours du développement.

Ces dernières années, dans le domaine des sciences végétales, des scientifiques chinois ont fait des progrès importants dans le scRNA-Seq, tels que Wang Jiawei du Centre d'excellence pour les plantes moléculaires de l'Académie chinoise des sciences [1,2], Sun Mengxiang de Wuhan University [3], et Sun Xuwu de l'Université du Henan [4] et d'autres groupes de recherche ont tous publié des articles de haut niveau liés au scRNA-Seq, ce qui montre le grand potentiel de cette technologie émergente dans la recherche sur les plantes.

Les stomates sont de minuscules pores produits par les cellules épidermiques des feuilles des plantes par division asymétrique. Au cours de ce processus, deux types de cellules, les cellules de chaussée et les cellules de garde, sont créées [5]. Les cellules de garde sont impliquées dans la régulation de la transpiration des plantes. et les échanges gazeux avec l'environnement [6]. Cependant, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la flexibilité fonctionnelle cellulaire au cours du développement de la lignée stomatique et la façon dont les destins cellulaires dans les feuilles sont déterminés sont actuellement inconnus.

Récemment, le groupe de recherche du professeur Dominique C. Bergmann de l'Université de Stanford a publié un article de recherche intitulé Single-cell resolution of lineage trajectories in the Arabidopsis stomatal lineage and developing leaf in Developmental Cell, utilisant la technologie scRNA-Seq combinée à la génétique moléculaire et à d'autres méthodes Un modèle dynamique de la différenciation des différents types de cellules dans le tissu foliaire d'Arabidopsis a été résolu.

Étant donné que les données scRNA-seq publiées précédemment sont principalement des cellules mésophylles, les chercheurs ont utilisé le promoteur ATML1 de la couche de méristème d'Arabidopsis (MERISTEM LAYER 1) pour piloter le gène rapporteur, combiné avec le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS)) et la microfluidique de la plate-forme 10X Genomics pour obtenir un type de cellule plus complet et équilibré dans les feuilles pour une analyse ultérieure.

De plus, en utilisant des gènes spécifiquement exprimés dans différents types de cellules, nous avons défini des grappes de cellules vasculaires, mésophylles et épidermiques, et grâce à une analyse comparative des identités et des trajectoires cellulaires, nous avons révélé les programmes génétiques spécifiques de ces types de cellules et la distance/proximité des feuilles. Caractéristiques polaires du plan axial. Pour explorer davantage les modèles de différenciation des lignées de cellules stomatiques, les chercheurs ont utilisé le promoteur du gène de développement stomatique TMM (TOO MANY MOUTHS) pour piloter un gène rapporteur et ont obtenu un ensemble de données scRNA-seq spécifique à la lignée stomatique dans les cellules épidermiques.

En analysant 13,000 XNUMX cellules de la lignée stomatique, les chercheurs ont identifié des trajectoires de différenciation qui tendaient soit vers des destins stomatiques, soit vers des destins précédemment caractérisés uniquement par la morphologie cellulaire. Les trajectoires pseudo-temporelles montrent que la différenciation stomatique est réalisée non pas par une seule voie mais par plusieurs voies.

Les auteurs supposent que le choix de destins cellulaires spécifiques peut être causé par des événements rapides, locaux ou même aléatoires, plutôt que par un processus quantitatif à qualitatif. En outre, l'étude a également révélé que le facteur de transcription SPEECHLESS (SPCH), qui régule le développement cellulaire au stade précoce, joue également un rôle au stade tardif et qu'il coopère avec d'autres facteurs de transcription tels que MUTE et FAMA pour piloter le destin cellulaire. et favoriser la différenciation des cellules de garde.

Le professeur Bergmann a obtenu son doctorat. en biologie moléculaire de l'Université du Colorado en 2000, puis est entré à la Carnegie Institution for Science aux États-Unis pour des recherches postdoctorales.

Actuellement, le professeur Bergmann travaille à l'École de biologie de l'Université de Stanford, aux États-Unis, et est principalement engagé dans les travaux liés à la division cellulaire asymétrique dans le développement stomatique de Arabidopsis thaliana.

 

références : 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. Un séquençage d'ARN unicellulaire profile le paysage de développement de la racine d'Arabidopsis [J]. Plante moléculaire, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. Une analyse unicellulaire de l'apex des pousses végétatives d'Arabidopsis [J]. Cellule de développement, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, et al. Analyse du transcriptome spécifique à la lignée cellulaire pour interpréter la spécification du destin cellulaire des proembryons [J]. Nature Communications, 2020, 11(1):1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, et al. Profils moléculaires dynamiques globaux du développement des cellules de la lignée stomatique par séquençage d'ARN unicellulaire [J]. Plante moléculaire, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. Dynamique du transcriptome spécifique au type cellulaire et de la modification des histones lors de la reprogrammation cellulaire dans la lignée stomatique d'Arabidopsis [J]. Actes de l'Académie nationale des sciences, 2019, 116(43):201911400.6. Un m. H, Fi. W. Le rôle des stomates dans la détection et la conduite des changements environnementaux [J]. Nature, 2003, 424(6951):901-908.