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科學(xué)家繪制植物單細(xì)胞“十二時辰” 晝夜節(jié)律圖譜

3周前 來源:中國科學(xué)報 觀看:60

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近日,南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物系教授翟繼先團隊在《自然—通訊》發(fā)表最新研究。他們通過單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),繪制了單細(xì)胞水平的晝夜節(jié)律基因表達圖譜,揭示了擬南芥細(xì)胞類型特異性的晝夜節(jié)律基因表達模式,并鑒定出一個新型節(jié)律調(diào)控因子。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究示意圖。南科大供圖

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生物鐘作為植物內(nèi)源的計時機制,能幫助植物感知周期性變化的外界環(huán)境,以確保植物在適宜的時間執(zhí)行關(guān)鍵生理功能。近年來的研究表明,植物生物鐘在分子組成和功能調(diào)控方面表現(xiàn)出組織和細(xì)胞類型的特異性,這種異質(zhì)性使植物能夠更精準(zhǔn)地感知并響應(yīng)環(huán)境變化,從而優(yōu)化生長和生存策略。然而,傳統(tǒng)研究方法如整個組織測序或熒光素酶報告基因,難以高效的從單細(xì)胞水平的解析節(jié)律基因表達的差異。此外,植物細(xì)胞壁的存在更增加了單細(xì)胞分離的技術(shù)難度。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

為在單細(xì)胞水平對晝夜節(jié)律基因表達模式進行全面的分析,研究團隊采用單細(xì)胞核RNA測序(snRNA- seq)在持續(xù)光照下對擬南芥幼苗實施兩套時序采樣:24小時內(nèi)每2小時一次的高分辨率“密集”采樣,以及延伸至48小時、每4小時一次的“長時”采樣。借助10x Genomics平臺測定逾20 萬個細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄組,團隊構(gòu)建了擬南芥晝夜節(jié)律的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜,并剖析了核心生物鐘基因在不同細(xì)胞類型中的表達差異。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

結(jié)果顯示,多數(shù)基因僅在特定細(xì)胞類型中呈現(xiàn)節(jié)律性表達,且地上與地下器官之間差異顯著。此外,不同細(xì)胞類群的振蕩基因比較揭示,四類葉肉細(xì)胞(S0、S1、S2、S7)的振蕩基因集合高度相似。對這些共享振蕩基因進行成對相位分析發(fā)現(xiàn),相較于S2與S7,S0與S1中的大部分基因的表達相位出現(xiàn)延遲,提示葉肉細(xì)胞內(nèi)部存在更為精細(xì)的生物鐘調(diào)控機制。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

進一步分析發(fā)現(xiàn),編碼晝夜節(jié)律調(diào)控因子的基因在多種細(xì)胞類型中呈同步振蕩,其中絕大部分為已知核心鐘基因?;趕nRNA- seq高時空分辨率數(shù)據(jù),還鑒定到 ABF1 為新的節(jié)律調(diào)控因子,其過量表達顯著縮短晝夜節(jié)律周期。上述結(jié)果進一步完善了植物生物鐘的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),并為系統(tǒng)解析節(jié)律振蕩機制提供了新的分子切入點。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

據(jù)介紹,該研究建立的擬南芥晝夜節(jié)律單細(xì)胞圖譜已整合在數(shù)據(jù)資源網(wǎng)站中,將為后續(xù)晝夜節(jié)律領(lǐng)域的相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)支撐。O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59424-8O1X即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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