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用于研究基因表达的突破性技术在植物中生根看
发布时间:2019-10-09

  开源RNA分析平台首次成功应用于植物细胞 - 这一突破可能预示着基础研究的新时代,并促进了设计更高效的食品和生物燃料作物植物的努力。

  这项名为Drop-seq的技术是一种测量单个细胞中存在的RNA的方法,使科学家能够看到正在表达的基因以及它与不同细胞类型的特定功能之间的关系。该免费共享协议于2015年在哈佛医学院开发,之前仅用于动物细胞。

  “这对于理解植物生物学非常重要,”能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家首席研究员Diane Dickel说。“像人类和老鼠一样,植物中含有多种细胞和组织类型。但是,在细胞水平上学习植物有点困难,因为与动物不同,植物有细胞壁,因此难以打开细胞进行遗传培养。研究。”

  Dickel解释说,对于植物中的许多基因,我们几乎不了解它们实际上做了什么。“但是通过准确了解特定基因的细胞类型或发育阶段,我们可以开始进入其功能。在我们的研究中,我们发现Drop-seq可以帮助我们做到这一点。”

  “我们还表明,您可以使用这些技术来了解植物如何在细胞水平上对不同的环境条件做出反应 - 伯克利实验室的许多植物生物学家都对此感兴趣,因为能够在恶劣的环境条件下种植作物,例如干旱,对于我们持续生产食品和生物燃料资源至关重要,“她说。

  Dickel在伯克利实验室的环境基因组学和系统生物学部门研究哺乳动物基因组学,多年来一直在动物细胞上使用Drop-seq。看波波波,作为该平台易用性和功效的直接粉丝,她很快就开始与她的同事一起讨论如何在植物细胞上使用它。

  然而,有些人怀疑这样的项目是否会轻松起作用。首先,通过单细胞RNA-seq分析来运行植物细胞,它们必须是原生质的 - 这意味着它们必须使用酶混合物剥离其细胞壁。这个过程并不容易,因为来自不同物种甚至同一植物不同部位的细胞需要独特的酶混合物。

  其次,一些植物生物学家表示担心细胞通过原生质体过度显着改变,以提供正常功能的洞察力。最后,一些植物细胞太大而无法通过现有的单细胞RNA-seq平台。这些技术在过去五年中出现,使科学家们能够评估每次运行数千个细胞内的RNA;以前的方法一次只能分析几十到几百个单元。

  不受这些挑战的影响,Dickel和她在美国能源部联合基因组研究所(JGI)的同事与加州大学戴维斯分校的研究人员合作,他们完成了拟南芥根茎组织的原生质体技术(小鼠耳朵水芹),这是一种小型开花杂草。作为植物模型生物。

  在制备了超过12,000个拟南芥根细胞样本后,当Drop-seq过程比预期更平滑时,该组感到非常激动。他们的全部结果发表在本周的Cell Reports上。

  “当我们提出在植物中这样做的想法时,人们会提出一系列原因,说明为什么它不起作用,”迪克尔说。“而且我们会说,好吧,但我们只是试一试,看看它是否有效。然后它确实奏效了。我们真的很惊讶它实际上是多么直白。”

  据共同作者,JGI植物基因组学科学家Benjamin Cole说,Drop-seq技术的开源性质对该项目的成功至关重要。由于Drop-seq价格低廉且使用易于组装的组件,因此它为研究人员提供了一种低风险,低成本的实验方法。已经有一股兴趣正在形成。在他们的论文发表之前,Dickel和她的同事们开始收到来自伯克利实验室,JGI及其他科学家的其他科学家的请求,以获取有关如何使平台适应其他项目的建议。

  “当我第一次与Diane谈到在植物中尝试Drop-seq时,我认识到巨大的潜力,但我认为很难快速分离植物细胞以获得有用的数据,”植物功能基因组学首席科学家John Vogel说。 JGI。“我很震惊地看到它的效果如何以及它们能够从最初的实验中学到多少。这种技术将成为植物生物学家的改变者,因为它可以让我们在不磨碎整个植物器官的情况下探索基因表达,结果并没有被来自少数最常见细胞类型的信号混淆。“

  作者预计该平台和其他类似的RNA-seq技术最终将成为植物调查的常规。Dickel指出,主要障碍是为每个项目感兴趣的工厂开发原生质体方法。

  “伯克利实验室的一部分使命是更好地了解植物如何应对不断变化的环境条件,以及如何将这种理解应用于最佳利用植物生物能源,”第一作者Christine Shulse表示,他目前是JGI的附属机构。“在这项工作中,我们在两种环境条件下生成了来自一种植物物种的单个细胞类型的基因表达图谱,这是重要的第一步。”


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