王佳伟研究组单细胞水平解析拟南芥根细胞发育地图

 

正如没有相同的指纹、一样的叶片,构成生命体基本单元的细胞同样存在高度异质性。近年来随着单细胞RNA测序技术(scRNA-seq)的发明与应用,使得研究人员能够在单细胞水平研究单细胞属性、细胞间异质性和细胞类型,深入解析生命活动的内在基本机理。

 

近日,Molecular Plant 杂志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研究组题为”A single-cell RNA sequencing profiles the developmental landscape of Arabidopsis root “的研究论文,在单细胞水平揭示拟南芥根细胞异质性、细胞类型和重构根尖发育轨迹。

 

根是植物重要的组织器官,负责固定/支撑植物,从土壤中吸收水、矿质元素供给植物生长发育,以及与环境生物或非生物信号互作。众多根细胞如何组成完整根形态、发挥相关功能,是有趣和重要的科学问题。王佳伟研究组较早建立单细胞RNA测序与分析系统,并将这一技术应用在拟南芥根的研究中。通过前期大量预实验,成功捕获7,695个根单细胞转录组数据。在无监督分析条件下,这些根细胞被归为24个细胞类群,暗示了组成拟南芥根的基本细胞类型。分别对24个细胞类群注释分析,发现一些潜在新细胞类型。这些细胞类群构成了拟南芥根单细胞地图,其中包含大量潜在的细胞类型标记基因。有趣的是通过t-SNE和UMAP算法展示聚类,能够重构出根发育的基本轨迹,实现真实的根发育轨迹在单细胞水平准确投影。研究人员对细胞类群/类型发育轨迹的深入分析,进一步获得根尖干细胞分化轨迹和中间态,解析根干细胞是如何一步步分化出不同细胞类型。此外,研究人员通过分析细胞类群对离子吸收和激素响应情况,揭示出不同细胞类群的响应热图。该研究增进人们对根细胞组成和发育轨迹的认识,推动根的基础科学研究深入到单细胞水平。

 

中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所博士后张天奇和博士生徐洲更为本论文共同第一作者,中科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研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院先导项目、中国科协青年人才托举工程、中国博士后创新人才支持计划、Sanofi-SIBS青年人才奖学金等资助。

 

论文链接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30133-9