密苏里大学哥伦比亚分校利用单细胞测序分析大豆

• 全文链接

关键词：

来源：

Plant Comunications

全文链接：

//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/ec0a92b0-fce8-45d3-87ef-11197dfb7b9b

来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100984

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

中文

原文发布日期：

2024-06-06

摘要：

2024年6月6日，Plant Comunications 在线发表了密苏里大学哥伦比亚分校Marc Libault实验室题为Single-cell transcriptome atlases of soybean root and mature nodule reveal new regulatory programs controlling the nodulation process的研究论文，作者利用单细胞测序和Molecular CartographyTM技术，精确描述了大豆根系和成熟根瘤细胞的单细胞转录组特征，揭示了成熟大豆根瘤被重氮双歧杆菌（B. diazoefficiens）侵染后不同细胞亚群的共存模式，此外作者借助根瘤单细胞转录组图谱和相关基因共表达网络分析证实了已知结瘤相关基因在大豆结瘤中的作用，还鉴定到控制结瘤过程的新基因GmFWL3，并解析其功能。作者分别构建了大豆根系和被根瘤菌侵染28天后的（28-dpi）根瘤的单细胞转录组图谱，利用UMPA方法，分别将之分成16和11个细胞簇。结合前人已发表的根瘤菌侵染12天、14天和21天后的根瘤单细胞转录组数据，作者将根瘤发育过程中4个时间节点的单细胞转录组数据整合到一个UMAP中，随后借助28-dpi根瘤中的51个标记基因对这一UMAP进行功能注释，得到17个细胞簇。作者利用主成分分析评估了根瘤发育过程中不同细胞簇转录组水平的保守性，发现不同细胞簇的转录水平差异既被根瘤发育过程驱动，又被细胞簇驱动。利用多维缩放图 （MDS） 分析，作者发现 28-dpi 根瘤的大多数细胞簇在转录水平上与根系细胞簇不同，MDS 分析还表明细胞簇F和G有最独特的转录组特征，它们在转录水平上与细胞簇H不同。进一步通过比较转录组学分析，作者发现，细胞簇H参与了活性固氮过程，而细胞簇F和细胞簇G的转录组特征表明它们可能负责控制宿主范围限制和植物防御。通过比较大豆根瘤和蒺藜苜蓿根瘤的单细胞转录组特征，作者发现表明大豆根瘤细胞簇F&G和细胞簇H与蒺藜苜蓿的感染区II（簇4-5）和固氮区III具有相似的生物学功能。综上，作者认为大豆成熟根瘤的感染区至少有两个不同的细胞群：受感染但非固氮细胞的细胞簇F 和 G ，以及受感染且具有固氮能力的细胞簇 H。进一步评估构成根瘤感染区的细胞簇之间的分子异质性，并阐明控制这些细胞生物学的主要调控途径，作者对细胞簇F&G和H进行了基因调控网络分析（gene regulatory networks，GRN），结果表明根瘤感染区不同细胞簇间存在生化异质性。此外作者还发现了调控根瘤菌侵染过程的新基因GmFWL3，通过验证其生理功能，作者发现，植物质膜的微结构域能够调控根瘤菌对根瘤细胞侵染过程。