Istraživačka grupa Wang Ertaoa u Centru izvrsnosti u nauci o molekularnim biljkama Kineske akademije nauka, u saradnji sa istraživačkom grupom Zhai Jixiana na Južnom univerzitetu nauke i tehnologije, objavila je istraživački rad u Nature Plants pod naslovom Transkriptomi jednog jezgra otkrivaju prostorno-vremensku simbiotiku percepcija i rana reakcija u Medicagu. Ova studija je bila prva koja je razriješila promjene ekspresije gena u specifičnim tipovima ćelija na nivou jedne ćelije u korijenskom sistemu Tribulus terrestris (Medicago truncatula) tokom 24 sata tretmana faktorom tuberkuloze i otkrila da su epidermalne i kortikalne ćelije podvrgnute značajnom reprogramiranju. ekspresije gena u roku od 30 minuta nakon tretmana faktorom tuberkuloze (ove promjene su se postepeno oporavile nakon 6 sati). Ova studija je otkrila da MtFER ima sličan obrazac ekspresije sa MtLYK3 u transkripcionom profilu jedne ćelije signalnog odgovora rizobijalne simbioze, što dalje pokazuje da MtFER fosforiliran MtLYK3 može biti uključen u simbiotičku fiksaciju dušika regulacijom razvoja korijenske dlake, koordiniranog imuniteta i ekspresija simbiotskih ključnih gena.
Mahunarke žive u simbiozi s rizobijom, koja može pretvoriti dušik u spojeve koji sadrže dušik i koje biljke mogu direktno iskoristiti, čime se drastično smanjuje potražnja za azotom u mahunarkama. Uspostavljanje simbiotske fiksacije dušika oslanja se na međusobno prepoznavanje između biljaka i rizobije. Pod nedostatkom dušika, korijenski sistem mahunarki oslobađa flavonoide u međukorijen, što indukuje rizobiju da luči faktore nodulacije. Korenov sistem mahunarki izaziva uvijanje dlake korena, formiranje invaginacione linije i deobu ćelija korteksa nakon što oseti signal faktora nodulacije, izazivajući morfogenezu rizoma. Uspostavljanje simbiotske veze između mahunarki i rizobije zahtijeva precizne prostorno-vremenske i prostorno specifične odgovore različitih tipova ćelija u korijenskom sistemu mahunarke na signal tumorogenog faktora. Tim je, kako bi riješio dinamičke promjene u transkriptomu tokom prepoznavanja i transdukcije ovog kompleksnog signala, konstruirao jednoćelijski transkripcijski profil korijena tribulus alfalfa koji pokriva 0.5 h, 6 h i 24 h nakon tretmana tumorogenim faktorima, koristeći FlsnRNA-seq tehnologiju koju je razvio tim Zhai Jixiana (slika 1). Ispitivanje profila jednoćelijskog transkriptoma na osnovu ove vremenske serije otkrilo je da se značajno reprogramiranje ekspresije gena dogodilo 0.5 h nakon tretmana u svim tipovima ćelija, a to je bilo posebno izraženo u epidermalnim i kortikalnim ćelijama. Identifikacijom eksprimiranih gena sa specifičnom regulacijom u različitim tipovima ćelija u različitim vremenskim tačkama, studija je dalje analizirala prostorno-temporalno specifične događaje odgovora koji se javljaju u ranoj fazi simbiotske signalizacije. Na primjer, ekspresija gena vezanih za odbranu biljaka dramatično se povećala u gotovo svim tipovima ćelija unutar 0.5 h nakon tretmana, a zatim se smanjila, što sugerira da je imunološki odgovor biljke na simbiotski proces fino i dinamički reguliran. Studija je identifikovala slične obrasce ekspresije MtFER i MtLYK3 gena kao odgovor na tumorogene faktore u transkripcionim profilima jedne ćelije, koji se nalaze u istom koekspresionom modulu obogaćenom poznatim tumorogenim genima. Kombinujući više istraživačkih alata, studija je dalje otkrila da MtFER fosforiliran od strane MtLYK3 može sudjelovati u procesu simbiotske fiksacije dušika u mahunarkama koordinirajući ekspresiju razvojnih, imunoloških i simbiotskih ključnih gena kako bi se osigurala normalna invazija Rhizobiuma (kao što je prikazano na slici ).
Pregledni članak pod naslovom FER susreće put Nod faktora, koji je objavljen u istom broju časopisa Nature Plants, uveo je gornje rezultate i radovao se sljedećem smjeru istraživanja.
Jednoćelijska genska mapa korijena tribulus djeteline uspostavljena u ovoj studiji integrirana je u web stranicu izvora podataka (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) kako bi relevantni istraživači mogli koristiti, pružanje važne podrške podacima za kasnija istraživanja u oblasti simbiotske fiksacije dušika.
Istraživački rad podržan je od strane Nacionalnog ključnog istraživačkog i razvojnog programa Kine, Kineske nacionalne fondacije za prirodne nauke, projekta tima za inovacije i preduzetništvo Guangdong, Komisije za inovacije nauke i tehnologije u Šenženu, stabilne podrške za mlade timove Kineske akademije nauka u polju programa osnovnih istraživanja, i Shenzhen Natural Science Foundation. Istraživači sa Univerziteta za nauku i tehnologiju Kine (USTC) učestvovali su u dijelu studije.
Učešće MtFER-a u regulaciji razvoja korijena i rizoma korištenjem jednoćelijskog nuklearnog sekvenciranja
