百創(chuàng)S1000空間成功案例 | 李博生/鄧興旺團(tuán)隊(duì)構(gòu)建植物愈傷組織芽再生的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

近日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院的李博生研究員團(tuán)隊(duì)與鄧興旺院士團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊PNAS上發(fā)表了題為“Spatial transcriptomics reveals light-induced chlorenchyma cells involved in promoting shoot regeneration in tomato callus”的研究論文，建立了植物愈傷組織芽再生的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。該研究利用了百創(chuàng)智造 BMKMANU S1000，華大BGI Stereo-seq，美國10x Visium三種空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)以及10X Chromium單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，揭示了番茄愈傷組織內(nèi)部細(xì)胞的異質(zhì)性，并在單細(xì)胞水平上詳細(xì)解析了激素信號(hào)和重要調(diào)控因子在各種細(xì)胞和組織中的表達(dá)情況。研究結(jié)果不僅發(fā)現(xiàn)了表皮和芽原基細(xì)胞的亞型和功能，還揭示了綠色組織（chlorenchyma）細(xì)胞在芽原基細(xì)胞位置和分化發(fā)展中的重要作用，以及光照如何通過促進(jìn)綠色組織細(xì)胞的發(fā)育和激活雷帕霉素靶蛋白TOR來推動(dòng)芽再生過程。

植物在遭受損傷后能夠重新編程體細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)新組織或器官的再生。愈傷組織是由植物體細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類擁有再生潛能的細(xì)胞，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，包括植物營養(yǎng)繁殖和基因編輯等分子育種技術(shù)。其中，愈傷組織細(xì)胞經(jīng)過芽再生過程最終發(fā)展成為可育芽，這一過程對(duì)于植物再生至關(guān)重要。

番茄是一種全球重要的經(jīng)濟(jì)作物，但在其愈傷組織中芽再生的分子機(jī)制仍有很多未知。為了深入研究番茄愈傷組織中芽再生的細(xì)胞發(fā)育和分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)通過協(xié)作開發(fā)和掌握多種空間轉(zhuǎn)錄組實(shí)驗(yàn)和分析技術(shù)，建立了番茄愈傷組織芽再生的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。研究結(jié)果揭示了愈傷組織中存在高度異質(zhì)的細(xì)胞群，將番茄愈傷組織分為了表皮、維管組織、芽原基、成熟芽和內(nèi)部愈傷組織五種細(xì)胞類型。在表皮細(xì)胞中，研究發(fā)現(xiàn)了兩種主要的細(xì)胞亞型，它們分布在靠近空氣和培養(yǎng)基的不同位置，并具有不同的功能。

圖1 利用多平臺(tái)建立番茄愈傷組織芽再生的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜

空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)優(yōu)勢在于揭示不同細(xì)胞位置關(guān)系。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)番茄愈傷組織的芽原基被表達(dá)光合基因的細(xì)胞包圍，相鄰細(xì)胞含葉綠體，稱為綠色組織（chlorenchyma）細(xì)胞。黑暗后見光處理影響芽原基分化，光誘導(dǎo)綠色組織細(xì)胞對(duì)芽再生十分關(guān)鍵。光形態(tài)建成相關(guān)基因在芽原基和綠色細(xì)胞中卻無特定表達(dá)模式。光合抑制劑DCMU減慢芽再生速率，證明綠色細(xì)胞光合必要性。蔗糖可通過TOR信號(hào)調(diào)控芽原基發(fā)育，相關(guān)基因在芽原基位置高表達(dá)，綠色組織細(xì)胞蔗糖可傳輸至芽原基并激活TOR，促進(jìn)芽的分化發(fā)育。

圖2?光誘導(dǎo)芽原基周圍的葉綠體細(xì)胞促進(jìn)芽再生

綜上所述，該研究用多種技術(shù)構(gòu)建了番茄愈傷組織芽再生階段的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。揭示了細(xì)胞多樣性，鑒定了芽原基形成關(guān)鍵因子。結(jié)果強(qiáng)調(diào)了光合和TOR信號(hào)在芽再生中的關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)提升了我們對(duì)番茄愈傷組織芽再生的理解，并證明了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)在植物生物學(xué)研究中的巨大潛力。

原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310163120

BMKMANU S1000

百創(chuàng)智造自主研發(fā)的BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄組芯片是基于微孔微珠的亞細(xì)胞級(jí)空間轉(zhuǎn)錄組產(chǎn)品，最高分辨率4.8μm ,并開創(chuàng)性的將組織原片H&E染色，原片熒光染色及原片高通量測序相結(jié)合進(jìn)行精準(zhǔn)的細(xì)胞分割，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的單細(xì)胞級(jí)空間轉(zhuǎn)錄組測序，極大地推動(dòng)了基礎(chǔ)科研發(fā)展，目前在發(fā)育疾病、生理學(xué)疾病、胚胎發(fā)育、干細(xì)胞分化、繪制3D圖譜、生殖健康、腫瘤等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)原理圖

百創(chuàng)智造S系列空間轉(zhuǎn)錄組細(xì)胞分割實(shí)現(xiàn)原理 – 三圖合一

百創(chuàng)智造基于S系列空間芯片的底層設(shè)計(jì)，開發(fā)出了自己的核心技術(shù)，可以得到完全沒有錯(cuò)誤的原片熒光圖像以及H&E圖像且與芯片完全對(duì)齊?；跓晒膺M(jìn)行細(xì)胞核的定位刻畫細(xì)胞核的邊界；基于HE的校準(zhǔn)輔助刻畫細(xì)胞的邊界，通過邊界信息映射到芯片上，提取相應(yīng)位置的測序數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的單細(xì)胞分割。

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