רצף תעתיק תאי יחיד חושף מסלולי שושלת של סטומה ועלים של ארבידופסיס

רצף תא בודד (רצף תא יחיד) הפך כעת לאחת הטכנולוגיות החמות ביותר. רצף RNA חד-תא (scRNA-Seq) הוא בעל משמעות רבה בהתבוננות בתאים בודדים בממדים מרובים, גילוי הטרוגניות ותפקוד תאי, וחקר הנתיבים האבולוציוניים של שושלות תאים במהלך ההתפתחות.

בשנים האחרונות, בתחום מדעי הצמחים, מדענים סיניים עשו התקדמות חשובה ב-scRNA-Seq, כמו Wang Jiawei ממרכז המצוינות לצמחים מולקולריים של האקדמיה הסינית למדעים [1,2], Sun Mengxiang מווהאן. אוניברסיטת [3], ו-Sun Xuwu מאוניברסיטת הנאן [4] ​​וקבוצות מחקר אחרות כולן פרסמו מאמרים ברמה גבוהה הקשורות ל-scRNA-Seq, אשר מראה את הפוטנציאל הגדול של טכנולוגיה מתפתחת זו בחקר צמחים.

סטומטות הן נקבוביות זעירות המיוצרות על ידי תאי אפידרמיס עלי צמחים באמצעות חלוקה אסימטרית. במהלך תהליך זה נוצרים שני סוגי תאים, תאי מדרכה ותאי שמירה [5]. תאי שמירה מעורבים בוויסות הנשימה של הצמח. וחילופי גזים עם הסביבה [6]. עם זאת, המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הגמישות התפקודית התאית במהלך התפתחות השושלת הסטומטית וכיצד נקבעים גורלות התא בעלים אינם ידועים כיום.

לאחרונה פרסמה קבוצת המחקר של פרופסור דומיניק סי ברגמן מאוניברסיטת סטנפורד מאמר מחקר בשם Single-cell resolution of lineage trajectories in the Arabidopsis stomatal lineage and developing leaf in Developmental Cell, תוך שימוש בטכנולוגיית scRNA-Seq בשילוב עם גנטיקה מולקולרית ושיטות נוספות. מודל דינמי של התמיינות של סוגים שונים של תאים ברקמת עלה ארבידופסיס נפתר.

בהתחשב בעובדה שהנתונים של העלים scRNA-seq שפורסמו בעבר הם בעיקר תאי מזופיל, החוקרים השתמשו במקדם Arabidopsis meristem layer ATML1 (MERISTEM LAYER 1) כדי להניע את גן הכתב, בשילוב עם מיון תאים מופעל על ידי פלואורסצנציה (FACS) ) ובמיקרופלואידיקה של פלטפורמת 10X Genomics להשגת סוג תאים מקיף ומאוזן יותר בעלים לניתוח לאחר מכן.

יתרה מכך, באמצעות גנים המבוטאים ספציפית בסוגי תאים שונים, הגדרנו אשכולות של תאים כלי דם, מזופיל ואפידרמיס, ובאמצעות ניתוח השוואתי של זהויות תאים ומסלולים, חשפנו את התכניות הגנטיות הספציפיות של סוגי תאים אלה ואת מרחק/קרבת עלים. מאפיינים קוטביים של המישור הצירי. כדי להמשיך ולחקור את דפוסי ההתמיינות של שושלות תאי הסטומה, החוקרים השתמשו במקדם הגן להתפתחות הסטומה TMM (TOO MANY MOUTHS) כדי להניע גן מדווח והשיגו מערך scRNA-seq ספציפי לשושלת הסטומטית בתאי האפידרמיס.

על ידי ניתוח של 13,000 תאים של שושלת סטומטאלית, החוקרים זיהו מסלולי התמיינות שנטו לגורלות סטומטיים או לגורלות שאופיינו בעבר רק במורפולוגיה של התא. מסלולי פסאודו-זמן מראים שההתמיינות הסטומטית מושגת לא על ידי מסלול אחד אלא על ידי מספר מסלולים.

הכותבים משערים שהבחירה בגורל תאים ספציפיים עשויה להיגרם כתוצאה מאירועים מהירים, מקומיים או אפילו אקראיים, ולא מתהליך כמותי עד איכותי. בנוסף, המחקר מצא גם כי גורם השעתוק SPEECHLESS (SPCH), המווסת את התפתחות התאים בשלב מוקדם, משחק תפקיד גם בשלב המאוחר, והוא משתף פעולה עם גורמי שעתוק אחרים כמו MUTE ו-FAMA כדי להניע את גורל התא. ולקדם את ההתמיינות של תאי שמירה.

פרופסור ברגמן קיבל את הדוקטורט שלו. בביולוגיה מולקולרית מאוניברסיטת קולורדו בשנת 2000, ולאחר מכן נכנס למכון קרנגי למדע בארצות הברית למחקר פוסט-דוקטורט.

כיום, פרופסור ברגמן עובד בבית הספר לביולוגיה, אוניברסיטת סטנפורד, ארה"ב, ועוסק בעיקר בעבודה הקשורה לחלוקת תאים א-סימטרית בהתפתחות הסטומטית של Arabidopsis thaliana.

 

הפניות: 1. Zhang TQ, Xu ZG, Shang GD, et al. רצף RNA חד תאי מציג פרופילים של הנוף ההתפתחותי של שורש ארבידופסיס [J]. מפעל מולקולרי, 2019, 12(5).2. Zhang TQ, Chen Y, Wang J W. אנליזה חד-תאית של קודקוד היורה הווגטטיבי של Arabidopsis[J]. תא התפתחותי, 2021.3. Zhou X, Liu Z, Shen K, et al. ניתוח תעתיק ספציפי לשושלת התא לפירוש מפרט גורל התא של פרועוברים [J]. תקשורת טבע, 2020, 11(1):1366.4. Liu Z, Zhou Y, Guo J, et al. פרופילים מולקולריים דינמיים גלובליים של התפתחות תאי שושלת סטמאטאלית על ידי רצף RNA חד-תא[J]. צמח מולקולרי, 2020.5. Lee LR, Wengier DL, Bergmann D C. דינמיקה של תעתיק ושינוי היסטון ספציפי לסוג תא במהלך תכנות מחדש סלולרי בשושלת הסטומטית של Arabidopsis[J]. הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, 2019, 116(43):201911400.6. אמ. ח, פי. W. תפקידה של סטומטה בחישה והנעת שינוי סביבתי[J]. טבע, 2003, 424(6951):901-908.