Wang Ertao uurimisrühm Hiina Teaduste Akadeemia molekulaartaimede teaduse tippkeskuses avaldas koostöös Zhai Jixiani uurimisrühmaga Lõuna-Teadus- ja Tehnoloogiaülikoolis ajakirjas Nature Plants uurimistöö pealkirjaga Single-nucleus transkriptoomid paljastavad ruumilise ja ajalise sümbiootika. taju ja varajane reageerimine Medicagos. See uuring oli esimene, mis lahendas geeniekspressiooni muutused spetsiifilistes rakutüüpides Tribulus terrestris'e (Medicago truncatula) juuresüsteemis 24-tunnise tuberkuloosifaktori ravi ajal ning näitas, et epidermise ja kortikaalsed rakud läbisid olulise ümberprogrammeerimise. geeniekspressiooni 30 minuti jooksul pärast tuberkuloosifaktoriga ravi (need muutused taastusid järk-järgult 6 tunni pärast). Selles uuringus leiti, et MtFER-il oli risobiaalse sümbioosi signaalivastuse üherakulises transkriptsiooniprofiilis MtFER-il sarnane ekspressioonimuster MtLYK3-ga, mis näitab veelgi, et MtLYK3 poolt fosforüülitud MtFER võib osaleda sümbiootilises lämmastiku fikseerimises, reguleerides juurte juuste arengut, koordineeritud immuunsust ja sümbiootiliste võtmegeenide ekspressioon.
Kaunviljad elavad sümbioosis risoobiaga, mis suudab muuta lämmastikku lämmastikku sisaldavateks ühenditeks, mida taimed saavad otse ära kasutada, vähendades nii drastiliselt kaunviljade lämmastikuvajadust. Sümbiootilise lämmastiku sidumise loomine sõltub taimede ja risoobia vastastikusest tunnustamisest. Lämmastikupuuduse korral vabastab kaunviljade juurestik flavonoide juurtevahelisse, mis indutseerib risoobiat eritama sõlmefaktoreid. Kaunviljade juurestik kutsub esile juurekarvade kõverdumise, invaginatsioonijoone moodustumise ja kortikaalsete rakkude jagunemise, kui tunneb sõlmefaktori signaali, kutsudes esile risoomide morfogeneesi. Kaunviljade ja risoobia vahelise sümbiootilise seose loomiseks on vaja liblikõieliste juurtesüsteemi erinevate rakutüüpide täpseid ajaruumilisi ja ruumispetsiifilisi vastuseid tuumorigeense faktori signaalile. Meeskond koostas selle keeruka signaali tuvastamise ja edastamise ajal transkriptoomi dünaamiliste muutuste lahendamiseks tribulus lutserni juurte üherakulise transkriptsiooniprofiili, mis hõlmas 0,5 tundi, 6 tundi ja 24 tundi. pärast ravi tuumorigeensete teguritega, kasutades Zhai Jixiani meeskonna poolt välja töötatud FlsnRNA-seq tehnoloogiat (joonis 1). Sellel aegridadel põhinevate üherakuliste transkriptoomiprofiilide uurimine näitas, et geeniekspressiooni oluline ümberprogrammeerimine toimus 0,5 tundi pärast töötlemist kõigis rakutüüpides ning see oli eriti väljendunud epidermise ja kortikaalsete rakkude puhul. Tuvastades spetsiifiliselt ülesreguleeritud ekspresseeritud geenid erinevates rakutüüpides erinevatel ajahetkedel, analüüsiti uuringus täiendavalt sümbiootilise signaalimise varakult esinevaid spatiotemporaalseid spetsiifilisi vastuse sündmusi. Näiteks taimekaitsega seotud geenide ekspressioon suurenes dramaatiliselt peaaegu kõigis rakutüüpides 0,5 tunni jooksul pärast töötlemist ja seejärel vähenes, mis viitab sellele, et taime immuunvastus sümbiootilisele protsessile on täpselt ja dünaamiliselt reguleeritud. Uuringus tuvastati MtFER ja MtLYK3 geenide sarnased ekspressioonimustrid vastuseks tuumorigeensetele teguritele üherakulistes transkriptsiooniprofiilides, mis paiknevad samas koekspressioonimoodulis, mis on rikastatud tuntud tuumorigeensete geenidega. Mitmete uurimisvahendite kombineerimisel selgus lisaks, et MtLYK3 poolt fosforüülitud MtFER võib osaleda kaunviljade sümbiootilises lämmastiku sidumise protsessis, koordineerides arengu-, immuun- ja sümbiootiliste võtmegeenide ekspressiooni, et tagada Rhizobiumi normaalne invasioon (nagu on näidatud joonisel). ).
Ülevaateartikkel pealkirjaga FER meets the Nod factor pathway, mis avaldati samas ajakirjas Nature Plants, tutvustas ülaltoodud tulemusi ja ootas huviga järgmist uurimissuunda.
Selles uuringus loodud tribuluse ristiku juurte üherakuline geenikaart on asjaomaste teadlaste jaoks integreeritud andmeressursside veebisaidile (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago), pakkudes olulist andmetoetust sümbiootilise lämmastiku sidumise valdkonna edasistele seotud uuringutele.
Uurimistööd toetasid Hiina riiklik võtmeuuringute ja arendusprogramm, Hiina riiklik loodusteaduste sihtasutus, Guangdongi innovatsiooni- ja ettevõtlusmeeskonna projekt, Shenzheni teaduse ja tehnoloogia innovatsioonikomisjon, Hiina teaduste akadeemia stabiilne tugi noortele meeskondadele. põhiuuringute programmis ja Shenzheni loodusteaduste sihtasutuses. Osas uuringust osalesid Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli (USTC) teadlased.
MtFER-i kaasamine juurte ja risoomide arengu reguleerimisse, kasutades üherakulist tuumajärjestamist
