Исследовательская группа Ван Эртао в Центре передового опыта в области молекулярной фитотерапии Китайской академии наук в сотрудничестве с исследовательской группой Чжай Цзисяня в Южном университете науки и технологий опубликовали исследовательскую работу в журнале Nature Plants под названием «Одноядерные транскриптомы выявляют пространственно-временное симбиотическое восприятие и раннюю реакцию у люцерны». Это исследование стало первым, в котором были разрешены изменения экспрессии генов в определенных типах клеток на уровне отдельных клеток в корневой системе Tribulus terrestris (Medicago truncatula) в течение 24 часов обработки туберкулёзным фактором, и было обнаружено, что эпидермальные и кортикальные клетки подверглись значительному перепрограммированию экспрессии генов в течение 30 минут после обработки туберкулёзным фактором (эти изменения постепенно восстанавливались через 6 часов). В ходе исследования было установлено, что MtFER имеет схожий паттерн экспрессии с MtLYK3 в транскрипционном профиле одноклеточного ответа на сигнальный ответ ризобиального симбиоза, что дополнительно демонстрирует, что MtFER, фосфорилированный MtLYK3, может участвовать в симбиотической фиксации азота, регулируя развитие корневых волосков, координированный иммунитет и экспрессию ключевых симбиотических генов.
Бобовые живут в симбиозе с ризобиями, которые могут преобразовывать азот в азотсодержащие соединения, которые могут напрямую использоваться растениями, тем самым резко снижая потребность бобовых в азоте. Установление симбиотической азотфиксации зависит от взаимного распознавания между растениями и ризобиями. При дефиците азота корневая система бобовых выделяет флавоноиды в межкорневое пространство, что побуждает ризобии секретировать факторы клубенькообразования. Корневая система бобовых вызывает скручивание корневых волосков, образование линий инвагинации и деление клеток коры при восприятии сигнала фактора клубенькообразования, вызывая морфогенез корневищ. Установление симбиотических отношений между бобовыми и ризобиями требует точных пространственно-временных и пространственно-специфических ответов различных типов клеток в корневой системе бобовых на сигнал опухолеобразующего фактора. Команда, чтобы разрешить динамические изменения в транскриптоме во время распознавания и трансдукции этого сложного сигнала, построила профиль транскрипции отдельных клеток корней tribulus alfalfa, охватывающий 0.5 ч, 6 ч и 24 ч после обработки онкогенными факторами, используя технологию FlsnRNA-seq, разработанную командой Чжая Цзисяня (рис. 1). Изучение профилей транскриптома отдельных клеток на основе этого временного ряда показало, что значительное перепрограммирование экспрессии генов произошло через 0.5 ч после обработки во всех типах клеток, и это было особенно выражено в эпидермальных и кортикальных клетках. Выявив специфически активированные экспрессированные гены в различных типах клеток в различные временные точки, исследование далее проанализировало пространственно-временные события ответа, которые происходят на ранней стадии симбиотической сигнализации. Например, экспрессия генов, связанных с защитой растений, резко возросла почти во всех типах клеток в течение 0.5 ч после обработки, а затем снизилась, что свидетельствует о том, что иммунный ответ растений на симбиотический процесс тонко и динамично регулируется. Исследование выявило схожие паттерны экспрессии генов MtFER и MtLYK3 в ответ на опухолеобразующие факторы в транскрипционных профилях отдельных клеток, расположенных в том же модуле коэкспрессии, обогащенном известными опухолеобразующими генами. Объединив несколько исследовательских инструментов, исследование далее показало, что MtFER, фосфорилированный MtLYK3, может участвовать в симбиотическом процессе фиксации азота в бобовых, координируя экспрессию ключевых генов развития, иммунных и симбиотических генов для обеспечения нормальной инвазии Rhizobium (как показано на рисунке).
Обзорная статья под названием «FER meets the Nod factor pathway», опубликованная в том же выпуске Nature Plants, представила вышеуказанные результаты и с нетерпением ждет следующего направления исследований.
Генетическая карта отдельных клеток корней клевера якорцев, созданная в ходе данного исследования, интегрирована в веб-сайт с данными (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) для использования соответствующими исследователями, что обеспечивает важную информационную поддержку для последующих смежных исследований в области симбиотической азотфиксации.
Исследовательская работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Национальным естественнонаучным фондом Китая, Проектом группы инноваций и предпринимательства провинции Гуандун, Комиссией по инновациям в области науки и технологий Шэньчжэня, Программой стабильной поддержки молодых групп в области фундаментальных исследований Китайской академии наук и Фондом естественных наук Шэньчжэня. В части исследования приняли участие исследователи из Университета науки и технологий Китая (USTC).
Участие MtFER в регуляции развития корня и корневища с использованием ядерного секвенирования отдельных клеток
