Wang Ertao'nun Çin Bilimler Akademisi Moleküler Bitki Bilimi Mükemmeliyet Merkezi'ndeki araştırma grubu, Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki Zhai Jixian'ın araştırma grubuyla işbirliği yaparak Nature Plants'te Tek çekirdekli transkriptomlar Medicago'da uzaysal ve zamansal simbiyotik algıyı ve erken yanıtı ortaya koyuyor başlıklı bir araştırma makalesi yayınladı. Bu çalışma, 24 saatlik tüberküloz faktör tedavisi sırasında Tribulus terrestris'in (Medicago truncatula) kök sistemindeki tek hücre düzeyindeki belirli hücre tiplerindeki gen ifadesi değişikliklerini çözen ilk çalışmaydı ve epidermal ve kortikal hücrelerin tüberküloz faktör tedavisinden sonraki 30 dakika içinde gen ifadesinde önemli bir yeniden programlama geçirdiğini ortaya koydu (bu değişiklikler 6 saat sonra kademeli olarak iyileşti). Bu çalışma, MtFER'in rizobik simbiyoz sinyal tepkisinin tek hücreli transkripsiyonel profilinde MtLYK3 ile benzer bir ifade örüntüsüne sahip olduğunu buldu ve ayrıca MtLYK3 tarafından fosforile edilen MtFER'in kök kılı gelişimini, koordineli bağışıklığı ve simbiyotik anahtar genlerin ifadesini düzenleyerek simbiyotik azot fiksasyonunda rol oynayabileceğini gösterdi.
Baklagiller, azotu bitkiler tarafından doğrudan kullanılabilen azot içeren bileşiklere dönüştürebilen rizobiyalarla simbiyoz halinde yaşarlar ve böylece baklagillerin azot ihtiyacını önemli ölçüde azaltırlar. Simbiyotik azot fiksasyonunun kurulması, bitkiler ve rizobiyalar arasındaki karşılıklı tanımaya dayanır. Azot eksikliğinde, baklagil kök sistemi kökler arası flavonoidler salgılar ve bu da rizobiyaların nodülasyon faktörleri salgılamasını sağlar. Baklagil kök sistemi, nodülasyon faktörünün sinyalini algıladığında kök kıllarının kıvrılmasını, içe doğru kıvrılma çizgisinin oluşmasını ve kortikal hücre bölünmesini başlatır ve rizomların morfogenezisini başlatır. Baklagiller ve rizobiyalar arasında simbiyotik bir ilişkinin kurulması, baklagil kök sistemindeki farklı hücre tiplerinin tümörijenik faktör sinyaline hassas uzaysal-zamansal ve uzaya özgü tepkiler vermesini gerektirir. Ekip, bu karmaşık sinyalin tanınması ve iletilmesi sırasında transkriptomdaki dinamik değişiklikleri çözmek için, Zhai Jixian'ın ekibi tarafından geliştirilen FlsnRNA-seq teknolojisini kullanarak tümörijenik faktörlerle tedaviden sonra 0,5 saat, 6 saat ve 24 saati kapsayan tribulus alfalfa köklerinin tek hücreli transkripsiyonel profilini oluşturdu (Şekil 1). Bu zaman serisine dayalı tek hücreli transkriptom profillerinin incelenmesi, tüm hücre tiplerinde tedaviden sonra 0,5 saatte gen ekspresyonunda önemli bir yeniden programlamanın meydana geldiğini ve bunun özellikle epidermal ve kortikal hücrelerde belirgin olduğunu ortaya koydu. Çalışma, farklı zaman noktalarında farklı hücre tiplerinde spesifik olarak yukarı regüle edilmiş ifade edilen genleri belirleyerek, simbiyotik sinyallemenin erken döneminde meydana gelen uzaysal-zamansal-spesifik yanıt olaylarını daha da analiz etti. Örneğin, bitki savunmasıyla ilgili genlerin ifadesi, tedaviden sonra hemen hemen tüm hücre tiplerinde 0.5 saat içinde önemli ölçüde artmış ve sonra azalmıştır; bu, simbiyotik sürece karşı bitki bağışıklık tepkisinin ince ve dinamik bir şekilde düzenlendiğini göstermektedir. Çalışma, bilinen tümörijenik genlerle zenginleştirilmiş aynı ko-ekspresyon modülünde bulunan tek hücreli transkripsiyonel profillerde tümörijenik faktörlere yanıt olarak MtFER ve MtLYK3 genlerinin benzer ifade kalıplarını tanımlamıştır. Birden fazla araştırma aracını birleştiren çalışma, MtLYK3 tarafından fosforile edilen MtFER'in, Rhizobium'un normal invazyonunu sağlamak için gelişimsel, bağışıklık ve simbiyotik anahtar genlerin ifadesini koordine ederek baklagillerdeki simbiyotik azot fiksasyon sürecine katılabileceğini daha da ortaya koymuştur (şekilde gösterildiği gibi).
Aynı Nature Plants sayısında yayınlanan FER Nod faktörü yolunu karşılıyor başlıklı bir derleme makalesinde yukarıdaki sonuçlar sunulmuş ve bir sonraki araştırma yönüne bakılmıştır.
Bu çalışmada oluşturulan tribulus yoncası köklerinin tek hücreli gen haritası, ilgili araştırmacıların kullanımı için veri kaynağı web sitesine (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) entegre edilmiştir ve simbiyotik azot fiksasyonu alanında daha sonra yapılacak ilgili araştırmalar için önemli veri desteği sağlamaktadır.
Araştırma çalışması Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Guangdong İnovasyon ve Girişimcilik Ekibi Projesi, Shenzhen Bilim ve Teknoloji İnovasyon Komisyonu, Çin Bilimler Akademisi Temel Araştırma Alanında Genç Ekipler için İstikrarlı Destek Programı ve Shenzhen Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklenmiştir. Çalışmanın bir kısmına Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden (USTC) araştırmacılar katılmıştır.
Tek hücreli nükleer dizileme kullanılarak kök ve rizoma gelişiminin düzenlenmesinde MtFER'nin rolü
