Istraživačka grupa Wang Ertaoa pri Centru izvrsnosti za molekularnu znanost o biljkama Kineske akademije znanosti, u suradnji s istraživačkom grupom Zhaija Jixiana na Južnom sveučilištu znanosti i tehnologije, objavila je istraživački rad u časopisu Nature Plants pod naslovom Single-nucleus transcriptomes discover spatiotemporal symbiotic percepcija i rani odgovor u Medicagu. Ova je studija bila prva koja je razriješila promjene ekspresije gena u određenim tipovima stanica na razini jedne stanice u korijenskom sustavu Tribulus terrestris (Medicago truncatula) tijekom 24 sata tretmana faktorom tuberkuloze i otkrila je da su epidermalne i kortikalne stanice prošle značajno reprogramiranje ekspresije gena unutar 30 minuta nakon tretmana faktorom tuberkuloze (ove promjene postupno su se oporavile nakon 6 sati). Ova je studija otkrila da MtFER ima sličan obrazac ekspresije s MtLYK3 u jednostaničnom transkripcijskom profilu rizobijalne simbiozne signalne reakcije, dodatno pokazujući da MtFER fosforiliran s MtLYK3 može biti uključen u simbiotičku fiksaciju dušika reguliranjem razvoja korijenske dlake, koordiniranog imuniteta i ekspresija ključnih simbiotskih gena.
Mahunarke žive u simbiozi s rizobijom, koja može pretvoriti dušik u spojeve koji sadrže dušik koje biljke mogu izravno iskoristiti, čime se drastično smanjuje potreba mahunarki za dušikom. Uspostavljanje simbiotske fiksacije dušika oslanja se na uzajamno prepoznavanje između biljaka i rizobija. Pod nedostatkom dušika, korijenski sustav mahunarki otpušta flavonoide u međukorijen, što potiče rizobije na izlučivanje faktora nodulacije. Korijenski sustav mahunarki inducira kovrčanje korijenske dlake, stvaranje linije invaginacije i diobu kortikalne stanice nakon što osjeti signal faktora nodulacije, inducirajući morfogenezu rizoma. Uspostavljanje simbiotske veze između mahunarki i rizobija zahtijeva precizne prostorno-vremenske i prostorno-specifične odgovore različitih tipova stanica u korijenskom sustavu mahunarki na signal tumorigenog faktora. Tim je, kako bi razriješio dinamičke promjene u transkriptomu tijekom prepoznavanja i transdukcije ovog složenog signala, konstruirao jednostanični transkripcijski profil korijena tribulus lucerne koji pokriva 0. 5 h, 6 h i 24 h nakon tretmana tumorogenim čimbenicima, koristeći tehnologiju FlsnRNA-seq koju je razvio tim Zhai Jixiana (slika 1). Ispitivanje profila jednostaničnih transkriptoma na temelju ove vremenske serije otkrilo je da se značajno reprogramiranje ekspresije gena dogodilo 0,5 h nakon tretmana u svim tipovima stanica, a to je bilo posebno izraženo u epidermalnim i kortikalnim stanicama. Identificiranjem specifično pojačano eksprimiranih gena u različitim tipovima stanica u različitim vremenskim točkama, studija je dalje analizirala prostorno-vremenske specifične reakcije koje se javljaju rano u simbiotskoj signalizaciji. Na primjer, ekspresija gena povezanih s obranom biljaka dramatično se povećala u gotovo svim tipovima stanica 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 identificirala slične obrasce ekspresije gena MtFER i MtLYK3 kao odgovor na tumorogene čimbenike u jednostaničnim transkripcijskim profilima, koji se nalaze u istom modulu koekspresije obogaćenom poznatim tumorogenim genima. Kombinirajući višestruke istraživačke alate, studija je dalje otkrila da MtFER fosforiliran s MtLYK3 može sudjelovati u simbiotičkom procesu 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 meets the Nod factor pathway, koji je objavljen u istom broju časopisa Nature Plants, predstavio je gore navedene rezultate i veselio se sljedećem smjeru istraživanja.
Jednostanična mapa gena korijena djeteline tribulus uspostavljena u ovoj studiji integrirana je u web stranicu izvora podataka (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) kako bi je mogli koristiti relevantni istraživači, pružanje važne potpore podacima za kasnija povezana istraživanja u području simbiotske fiksacije dušika.
Istraživački rad podržali su Nacionalni ključni istraživački i razvojni program Kine, Kineska nacionalna zaklada za prirodne znanosti, Projekt tima za inovacije i poduzetništvo Guangdong, Povjerenstvo za inovacije u znanosti i tehnologiji Shenzhen, Kineska akademija znanosti Stabilna podrška mladim timovima u Programu za temeljna istraživanja i Shenzhen Natural Science Foundation. Istraživači sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Kine (USTC) sudjelovali su u dijelu studije.
Uključenost MtFER u regulaciju razvoja korijena i rizoma korištenjem jednostaničnog nuklearnog sekvenciranja
