• 题目:CGM 第144期: 解析拟南芥茎尖单细胞图谱
  • 时间:美国中部时间 2021年3月24日(星期三)7AM(北京时间3月24日9PM)
  • 地点:Tecent and Bilibili live stream
  • 主讲人:张天奇,理学博士。2011年获得南京农业大学学士学位;2017年获得中国科学院大学博士学位;2017-至今,在中国科学院分子植物科学卓越创新中心进行博士后工作。主要从事单细胞测序技术在植物科学中的研究与应用;围绕植物细胞异质性、细胞分化、干细胞调控与再生等科学问题展开。相关研究工作揭示了再生过程茎尖分生组织从头建立分子调控框架,及解析拟南芥根尖、茎尖和叶片等组织单细胞全景图谱。多篇研究论文以第一作者发表在Developmental Cell, Molecular Plant, Plant Cell, Sci China Life Sci等学术期刊上。曾获2016年中国科协青年人才托举工程、2016年中国博士后创新人才支持计划、Sanofi-SIBS青年人才奖学金等资助。

中文摘要

简要介绍拟南芥茎尖单细胞图谱特征、细胞周期进程、细胞分化轨迹及干细胞多能性特征,探讨单细胞测序技术如何更好服务于植物科学领域。

报告亮点: 1. 拟南芥茎尖单细胞图谱 2. 单细胞水平展现细胞周期进程连续性 3. 多个组织和器官的精细发育轨迹 4. 拟南芥单细胞全景模式图 5. 对单细胞测序技术的一些讨论

高等植物个体都由单个受精卵通过细胞分裂和分化而来。数量众多、功能多样的细胞组成了一套复杂而精密的调控系统。直径大小不足100 μm的茎尖分生组织具有细胞多能性。它是所有植物地上部分组织和器官的来源,维持着植物的“无限生长”。茎尖分生组织干细胞如何通过特定的分裂与分化轨迹发育成为不同的组织和器官是植物发育生物学的核心科学问题之一,亟待在单细胞水平揭示茎尖组织的异质性和复杂性。 通过优化实验及精准分离茎尖组织,成功获得了36643个高质量拟南芥营养期茎尖和叶片组织单细胞转录组数据。通过RNA原位杂交和荧光标记基因分析,叶肉细胞、茎尖分生组织细胞、表皮细胞、保卫细胞、韧皮部细胞、木质部细胞、伴胞细胞和茎尖内皮层细胞等细胞类型被注释。亚聚类分析显示这些细胞类型分属于3个基本的细胞分裂和分化子系统,与茎尖分生组织的表皮系统(L1)、叶肉系统(L2)和维管系统(L3)的细胞谱系特征相一致。三个子系统各自存在分属G0/G1,S,G2和M期的细胞簇,组成完整的细胞周期环,展现出细胞周期进程的连续性。 通过重排过渡态细胞和伪时间分析,重构出气孔细胞、韧皮部筛管细胞、木质部导管细胞的精细发育轨迹图,找到了细胞命运转变过程中的中间态细胞,并描绘了相关时序性的转录调控网络。在此基础上,结合反向遗传学鉴定了几个参与重力反应和木质部发育的新基因。 同时深入考察了茎尖分生组织干细胞类群的异质性。通过对细胞多能性转录因子STM阳性细胞的聚类分析,发现一些细胞类型的祖细胞同时表达STM和表皮/叶片/维管束属性基因,表明由多能性干细胞向表皮、叶肉或维管束的分化是一个连续渐变的过程。进一步,通过整合分析茎尖、叶片和根尖单细胞转录组数据集,构建了第一张拟南芥单细胞全景模式图,发现地上和地下部分在表皮细胞和维管束分化中既存在相似性又具有不同的发育特征。 此外,相关单细胞转录组数据库的建立为检索基因表达模式,深入挖掘参与植物细胞分裂和分化的基因奠定了良好的基础;也为单细胞转录组测序技术在作物中的应用提供了有益的借鉴。

参考文献

Zhang, T.Q., Chen, Y., and Wang, J.W. (2021). A single-cell analysis of the Arabidopsis vegetative shoot apex. Dev Cell, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.02.021. Zhang, T.Q., Xu, Z.G., Shang, G.D., and Wang, J.W. (2019). A single-cell RNA sequencing profiles the developmental landscape of Arabidopsis root. Mol. Plant 12, 648–660.

主题:CGM 第144期: 解析拟南芥茎尖单细胞图谱

时间:美国中部时间 2021年3月24日(星期三)7AM(北京时间3月24日9PM)

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