玉米根的單細(xì)胞圖揭示了細(xì)胞多樣性的調(diào)節(jié)器

一項新研究使用新穎的單細(xì)胞分析技術(shù)來揭示植物如何添加新的細(xì)胞層來幫助它們抵御干旱或洪水等氣候壓力因素。該研究的重點是玉米——一種在世界范圍內(nèi)極為重要的作物——旨在創(chuàng)建植物根系的逐細(xì)胞圖，該植物根系可調(diào)節(jié)干旱壓力并從土壤中吸收養(yǎng)分和肥料。

“我們發(fā)現(xiàn)了玉米如何擴張其皮質(zhì)組織，這構(gòu)成了作物根系的大部分。向皮層組織添加層是一個關(guān)鍵的進化特征，它為植物創(chuàng)造了耐受干旱和洪水并提高營養(yǎng)吸收的方法，”紐約大學(xué)生物學(xué)系和基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)中心教授肯尼斯·伯恩鮑姆 (Kenneth Birnbaum) 說。該論文的作者發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

“這些特性將成為讓植物抵御全球變暖和減少作物碳足跡的關(guān)鍵目標(biāo)，”伯恩鮑姆補充說，他在紐約大學(xué)的實驗室與冷泉港實驗室和賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員合作領(lǐng)導(dǎo)了該項目。

為了創(chuàng)建玉米根的單細(xì)胞圖譜，研究人員首先使用細(xì)胞壁消化酶分解根以產(chǎn)生單個自由漂浮的細(xì)胞。然后，新方法使他們能夠使用基于液滴的小型化單細(xì)胞測序技術(shù)來分析單個細(xì)胞的 mRNA 含量——區(qū)分導(dǎo)致特定類型特化細(xì)胞的分子特征。

接下來，他們將細(xì)胞映射回它們在玉米根中的位置，類似于在沒有向?qū)У那闆r下組裝 10,000 塊拼圖。為了解決這個難題，研究人員使用以不同深度滲透到根組織中的熒光染料來標(biāo)記和隔離不同的層，例如將洋蔥的層分開，為它們提供基因標(biāo)志以繪制單個細(xì)胞的圖譜。

紐約大學(xué)基因組學(xué)中心的卡洛斯·奧爾蒂斯·拉米雷斯 (Carlos Ortiz Ramirez) 說：“第二層信息本質(zhì)上為我們提供了一個拼圖盒，使我們能夠?qū)⒓?xì)胞精確地映射到它們的適當(dāng)位置，以便在整個玉米根部重建基因表達(dá)的 3D 模型。”和系統(tǒng)生物學(xué)和墨西哥的 UGA Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad，他是該研究的第一作者。

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