6场半全场中几场才有奖 晶誠所至 生命所能

Engage to Life Energy

 
10x Genomics平臺植物研究力作丨單細胞RNA測序解析單個植物細胞之間的分子關系
發布日期:2019-04-03瀏覽:

在植物研究領域,受樣本取材的限制和植物“異質性”的不足,植物單細胞測序的文章發表有限。隨著10X Genomics單細胞平臺技術的逐漸成熟,2月份,Plant Physiology發表首篇植物單細胞高通量測序的文章,開創了單細胞測序在植物研究領域的應用。

 

本文對擬南芥根組織原生質體進行高通量單細胞轉錄組測序,證實在植物中利用高通量單細胞測序的可行性和有效性。

 

題目

英文: Single-Cell RNA Sequencing Resolves Molecular Relationships Among Individual Plant Cells

中文:單細胞RNA測序解析單個植物細胞之間的分子關系

雜志:Plant Physiology (IF: 5.949)

發表時間:2019年2月4日

研究單位:密歇根大學

 

技術平臺

 

scRNA-seq: 10x Genomics ChromiumTM系統scRNA v2試劑盒

Sequencing: Illumina Hiseq 4000

 

 

主要結果

 

研究思路

主要研究內容

 

1.擬南芥幼苗根尖細胞單細胞轉錄組分析

使用10X Genomics平臺對野生型擬南芥根尖的原生質體中獲得的7522個細胞進行scRNA-seq(含3個生物學重復)(圖1A)。每個細胞獲得約75000條reads,檢測到約24000個UMIs和5000個基因的表達,在細胞群體中共檢測到超過22000個基因的轉錄本。利用t-SNE算法對3個重復的數據進行聚類,發現該方法具有高度重復性;使用Seurat工具包分析scRNA-seq數據產生9個主要的clusters(圖1B、1C)。為了使組織/細胞類型分配到特定的clusters,利用86個已知的根組織細胞特異性maker基因在轉錄組中的表達情況劃分單細胞類群,發現無論是主要的根組織類群,還是特定組織中的特異細胞類型都能在9個類群中被有效檢測到:特定細胞(cluster 0、5)、根毛表皮細胞(cluster 4、8)、非毛表皮細胞(cluster 3)、皮層(cluster 6)、內胚層(cluster 7)、分生組織內皮(cluster 2)和根冠(cluster 1)(圖1D-1G)。

 

圖1.野生型擬南芥根的單細胞轉錄組測序流程及聚類分析

 

 

2. 表皮和靜止中心細胞的分析

 

為了評估scRNA-seq分析細胞類型發育分化的可行性,選取表皮組織數據來定義擬南芥的根毛和非毛細胞分化。代表表皮組織和發育相關的根冠組織(圖1C中的cluster 1、3、4和8)被重新聚類產生11個較小的cluster;通過分析這些cluster中差異表達基因和根表皮、根冠的43個marker基因的積累表達定義了表示根毛細胞(cluster 1、2、3)、非毛細胞(cluster 0、8、9)、小柱根冠細胞(cluster 10)、側根冠細胞(cluster 4、5、6和分生組織細胞(cluster 7)(圖2A、2B)。為了分析表皮細胞中的基因表達模式,在根毛細胞和非毛細胞中分別對maker基因表達譜分析,分別定義了代表兩種細胞分化早、中、晚期分化的cluster(圖2C、2D)。有趣的是,cluster 7連接了根毛和非毛細胞的早期分化的cluster,表明cluster 7內的兩種表皮細胞類型具有共同的發育起源。隨后采用Monocle2和Destiny兩種分析方法都證實cluster 7中包含的分生組織細胞可以向兩個方向分化為根毛細胞和非毛細胞(圖2E-2H)。

 

圖2.根表皮和根冠組織單細胞轉錄組分析(原文圖4)

 

為了進一步探索表皮細胞的起源,評估了cluster 7細胞中早期根毛和非毛細胞調節因子的表達情況,發現cluster 7中的大部分細胞至少表達一個根毛marker基因和一個非毛發marker基因,表明這些細胞可能是表皮細胞譜系的起源(表皮干細胞或表皮干細胞子細胞)(圖3A)。接下來探索QC細胞(靜止中心細胞,位于擬南芥根分生組織中的根表皮干細胞)可能存在于cluster 7中的可能性。使用已知QC表達的marker基因,發現cluster 7下部的相對較小的一組細胞始終表達marker基因(圖3B),并鑒定了2個表達marker基因最顯著的細胞(圖3C),數據結果表明scRNA-seq能夠鑒定代表稀有QC細胞的細胞群。

 

圖3.靜止中心細胞的鑒定(原文圖5)

 

3. rhd6和gl2根表皮突變體的單細胞分析

 

接下來探索scRNA-seq在單細胞分辨率下分析突變體表型的可行性。對rhd6(缺乏根毛細胞)和gl2(缺乏非毛細胞)兩種突變體的根組織進行scRNA-seq,并和野生型的數據一起進行聚類分析產生12個cluster(圖4A、4B);還發現rhd6突變體根毛細胞與野生型相比其比例顯著減少, gl2突變體非毛細胞的比例也顯著減少;另外大部分maker基因的表達也消失不見(圖4C)。使用單細胞轉錄組來分析rhd6和gl2突變體中異常表皮細胞的特征,發現rhd6和gl2突變體表皮細胞中仍然分別有根毛和非毛細胞maker基因的表達,表明這些突變體并沒有完全阻斷相應細胞的分化(圖4D)。這證明了scRNA-seq數據用于定義細胞亞群并在單細胞分辨率下表征突變表型的有用性。

 

圖4.野生型和根表皮突變體之間根單細胞轉錄組比較分析(原文圖6)

 
 

結論

 

在本報告中,我們展示了10X Genomics Chromium System用于擬南芥根原生質體中獲取高通量單細胞轉錄組數據分析的可行性和實用性, 本文獲得了超過10000個單細胞轉錄組數據,代表了所有主要的根組織類型,包括相對稀有的細胞類型以及整個分化階段的細胞。同時進一步展示了來自野生型和突變體根的單細胞轉錄組的比較分析,以確定單細胞分辨率下的基因功能。此方法可用于獲得和分析來自其他植物器官和植物物種的單細胞基因表達,前提是原生質體的分離并且具有合適的組織/細胞特異性marker基因。

 

總之,這些研究提供了擬南芥根中基因轉錄模式的詳細視圖,提供了單細胞分辨率下擬南芥根的第一代基因表達圖譜。該數據集可用于定義跨越個體根細胞的任何感興趣基因的轉錄物積累,從而提供對單細胞水平的基因表達和功能的有價值的了解。

上一條:10x 解讀丨單細胞轉錄組測序揭示腎癌的細胞特征
下一條:晶能九年,感恩同行丨表觀高分文章第一講 (scATAC-seq 助力果蠅胚胎發育研究)
返回
網站地圖 | 法律聲明 | 聯系我們

地址:上海市漕河涇開發區漕寶路401號3號樓4B 電話:021-60901207/60901208
晶能生物技術(上海)有限公司 Copyright 2012 Genergy Inc. 滬ICP備10017363號

友情鏈接: