Одноклеточная пространственная транскриптомика (sc-StereoSeq) - открытие новой эры в биологии растений и сельском хозяйстве.

10 янв. 2024 г.

Share article
ВЕЙЛИН ЛЮ СТАРШИЙ НАУЧНЫЙ СОТРУДНИК ПО ПРИМЕНЕНИЮ В ПОЛЕ MGI

Д-р Вэйлин Лю — научный сотрудник по прикладным исследованиям в MGI

Одноклеточная пространственная транскриптомика (sc-StereoSeq) - открытие новой эры в биологии растений и сельском хозяйстве.
Одноклеточная пространственная транскриптомика (sc-StereoSeq) - открытие новой эры в биологии растений и сельском хозяйстве.
Одноклеточная пространственная транскриптомика (sc-StereoSeq) - открытие новой эры в биологии растений и сельском хозяйстве.

Раскрытие новой эры в биологии растений: Пространственная транскриптомика одной клетки (sc-StereoSeq) 

Пространственная транскриптомика одной клетки (sc-StereoSeq) открывает новую эру в биологии растений и сельского хозяйства. 

Связь пространственной информации и экспрессии генов в тканевых клетках растений, достижения и проблемы  

Ассоциирование пространственной информации с экспрессией генов с высоким разрешением в клетках тканей растений необходимо для дальнейшего понимания физиологических процессов растений, таких как развитие, эволюция и взаимодействие растений с (а)биотическими стрессами. Полученные новые знания могут иметь существенное значение для улучшения производства и устойчивости культур, в конечном итоге смягчая проблему нехватки продовольствия для лучшей жизни и общества. 

В последние годы быстрый темп в технологиях пространственной транскриптомики (ST) преодолел предыдущие технические ограничения в пропускной способности, разрешении и отсутствии содержания клеточной гетерогенности, настраивая функции конкретных групп клеток с их пространственными деталями. Сила ST привела к открытиям в нескольких областях, включая эмбриональное развитие, нейронауку и исследования рака (Chen et al., Cell, 2022; Wei et al., Science, 2022; Wu et al., Nature 2021). Однако ее применение к исследованиям растений отстает по сравнению с исследованиями человека и животных из-за нескольких оставшихся проблем, присущих природе растений. Во-первых, наличие клеточной стенки затрудняет морфологическое окрашивание растений, встраивание тканей и последующую пермеабилизацию для захвата РНК. Метод протопластов может вызвать искусственные изменения, приводя к общим изменениям экспрессии генов, искаженным пропорциям типов клеток, что влияет на окончательное профилирование транскриптома. Во-вторых, высокое содержание воды в растениях может затруднить сохранение первоначальных пространственных положений из-за общего явления диффузии, особенно при использовании крио-сечений. В-третьих, известно, что определенные вторичные метаболиты в растительных тканях подавляют эффективность захвата РНК, вызывая искажения в разнообразии молекул РНК и их выходе. 

Переломное исследование по листьям арабидопсиса, раскрывающее тонкие, но значимые транскрипционные различия между подтипами клеток 

 Несмотря на эти трудности в пространственной транскриптомике растений, переломное исследование по листьям арабидопсиса, опубликованное в Developmental Cells группой китайских ученых (Ся и др., 2022 г.), представляет собой полную информацию и беспрецедентное субклеточное разрешение в нм-масштабе (500 нм) по экспрессии генов в сочетании с конкретными типами клеток и точной пространственной информацией, достигнутыми с помощью одноклеточной пространственной транскриптомной секвенирования (sc-StereoSeq), объединенной с эксклюзивной технологией ДНК-наношаров компании MGI (DNB). В этом исследовании Ся и др. установили и проверили эту подлинную технику sc-StereoSeq на криоизолированных листьях арабидопсиса, показав не только ее согласованность с ранее известными транскриптомными профилями и каноническими маркерными генами, но и улучшение экспрессионного и пространственного разрешения для раскрытия тонких, но значимых транскрипционных различий между подтипами клеток. Более 10 000 клеток из cauline-листьев арабидопсиса с общим числом обнаруженных 19 720 генов были обнаружены с высоким качеством и пространственно разрешенными профилями одноклеточного транскриптома, показывая превосходную производительность по сравнению с методом Bin20 с более низким разрешением в качестве контроля в исследовании. Более того, распределение молекулярных идентификаторов (MID), помещенных на чип, продемонстрировало идеальное согласование между областями листа и сигналами транскрипта, не показывая диффузию сигнала, которая часто наблюдается в других методах ST. Эпидермис в листьях арабидопсиса можно разделить на верхние и нижние эпидермальные клетки, а мезофилловые клетки также могут быть классифицированы как губчатые мезофилловые клетки и палисадные мезофилловые клетки. Ранее данные scRNA-seq по отдельности не могли отличить эти подтипы клеток из-за их высокой идентичной клеточной линии и транскриптомных профилей. 

Благодаря отличной сохраненной субклеточной морфологической информации, предоставляемой sc-StereoSeq, эти подтипы клеток и их границы могут быть хорошо распознаны. Более того, были выявлены клеточно-специфические кластеры генов, которые ранее не были хорошо изучены в этих подтипах клеток, показывая, что гены, связанные с фотосинтезом, развитием кутикулы и биосинтезом жиров, значительно увеличены в верхних эпидермальных клетках, в то время как гены, участвующие в иммунном ответе, реакции на отсутствие света и регуляции смерти клеток, обогащены в нижних эпидермальных клетках (Рисунок 3E). Кроме того, WAX2, который играет метаболическую роль как в оболочке кутикулы, так и в синтезе воска, и DIN6, участвующий в метаболизме азота, дифференциально экспрессируются верхними и нижними эпидермальными клетками. Эти новые открытия раскрывают тонкие транскрипционные различия между этими подтипами клеток, вдохновляя свои уникальные, но еще не исследованные роли в физиологии и функциях растений. Используя пространственное содержание, предоставленное в этом исследовании, также был проведен анализ экспрессии вдоль медиально-латеральной оси листа арабидопсиса для исследования обогащенного специфического генетического кластера в определенных областях листьев. Эти пространственные паттерны экспрессии генов вдоль медиально-латеральной оси листа, раскрытые sc-StereoSeq, дает намеки для более глубокого понимания сложных физиологических функций и зонации в листьях растений. Наконец, чувствительность обнаружения тонких изменений в экспрессии генов между различными типами клеток существенно усиливается с помощью sc-StereoSeq с его превосходной пространственной информацией по сравнению с другими традиционными молекулярными методами.

Будущая перспектива sc-StereoSeq в исследованиях растений и культур 

Вдохновившись этой увлекательной работой, недавно были проведены другие подобные исследования, применяющие или комбинирующие пространственные транскрипционные анализы, над клетками листьев портулака (Moreno-Villena et al., Sci Adv, 2022), иглами арахиса (Liu et al, Plant Biotechno J, 2022), меристемой орхидеи (Liu et al, Nucleic Acids Res, 2022) и сосудистой тканью осины (Du et al., Mol plant, 2023). Следующее, что стоит попробовать, - это применить эту установленную методику scStereo-seq на корне Arabidopsis/растения, чтобы получить более подробный, несмещенный и высокоразрешающий атлас экспрессии генов для углубления понимания и дальнейшей экстраполяции ключевых механизмов, участвующих в развитии корня растения, процесс, который так же важен, как развитие листа. Более того, с помощью этого молекулярного инструмента можно дополнительно разделить, как корень растения реагирует на окружающие факторы, такие как питательные вещества, абиотические стрессы и микробные взаимодействия, такие как симбиотические процессы и инфекции патогенами, и как физиологические адаптации достигаются через транскрипционные регуляции. Кроме того, сбор тканей с различными стадиями развития, за которым следует анализ scStereo-seq, значительно обогатило бы биологическую информацию как в пространственных, так и во временных аспектах, тем самым поднимая исследования растений и культур на новый уровень. Кроме того, то, что может быть улучшено в этом и подобных исследованиях в будущем, особенно при изучении определенных групп клеток, - это использовать возможности флуоресцентных репортеров (GFP/mCherry), управляемых клеточно-специфическими промоторами, такими как pPIN2, pSCR, pSHR и pWOX5 в корне Arabidopsis (Marquès-Bueno и др., Plant J, 2016), pGC1 и pCER5 в листе (Yang, et al., Plant methods, 2008; Mustroph и др., PNAS, 2009), чтобы обеспечить более точную и эффективную классификацию клеточной идентичности помимо традиционного метода на основе морфологии. Определение границ клеток путем окрашивания и высокопроизводительное флуоресцентное изображение для маркировки по типу клетки перед экстракцией РНК дополнительно усилит мощность и точность scStereo-seq. 

О MGI

Компания MGI Tech Co., Ltd. (MGI) находится на переднем крае глобальной инновации и активно вносит свой вклад в жизненные науки через интеллектуальные инновации. С наличием в более чем 100 странах и клиентской базой более 2600 человек, передовые технологии MGI сыграли ключевую роль в разработке 736+ патентов пользователей, облегчая создание более 150 петабайт данных. Обширный портфель компании включает последовательность оборудования, автоматизационное оборудование, реагенты и связанные продукты, обслуживающие различные секторы, такие как исследования в области жизненных наук, сельское хозяйство, точная медицина и здравоохранение.

MGI посвятила себя развитию инструментов жизненных наук для будущего здравоохранения. К декабрю 2021 года мировое присутствие компании расширилось до более чем 100 стран и регионов, обслуживая более чем 1300 международных клиентов. Сосредоточив внимание на пионерских достижениях в этой области, MGI объединяет более 2900 профессионалов по всему миру, включая 5 центров для исследований и разработок и производственные площадки в Европе.

Влияние работы MGI подтверждается публикацией более 6800 статей в престижных научных журналах, демонстрируя значительный вклад технологии MGI в научное сообщество и за его пределы.

Для получения дополнительной информации о MGI и его вкладе в жизненные науки и здравоохранение, посетите веб-сайт MGI или свяжитесь с нами в Twitter, LinkedIn или YouTube.

Фотография секвенатора DNBSEQ-T7 от MGI-Tech

DNBSEQ-T7

Передовой отряд высокопроизводительного секвенирования

Пространственная транскриптомика одиночных клеток

Технология SC-STERO-Seq

Исследование геномики растений

Картирование генов урожайных культур

Применение пространственной омикс-технологии

Применение пространственной омикс-технологии

Поделиться этой статьей :

Поделиться

Больше Науки

Smart-seq3Xpress: масштабируемая, высокочувствительная и недорогая методология одиночной клеточной секвенирования полной длины РНК.
Smart-seq3Xpress: масштабируемая, высокочувствительная и недорогая методология одиночной клеточной секвенирования полной длины РНК.
Smart-seq3Xpress: масштабируемая, высокочувствительная и недорогая методология одиночной клеточной секвенирования полной длины РНК.
Smart-seq3Xpress: масштабируемая, высокочувствительная и недорогая методология одиночной клеточной секвенирования полной длины РНК.

5 мар. 2024 г.

Smart-seq3Xpress: масштабируемая, высокочувствительная и недорогая методология одиночной клеточной секвенирования полной длины РНК.

Революционизация одноклеточного РНК-секвенирования, SMART-seq3Xpress предлагает беспрецедентную чувствительность и экономичность с полным покрытием всей длины.

Может ли секвенирование следующего поколения ускорить разработку вакцин на основе мРНК?
Может ли секвенирование следующего поколения ускорить разработку вакцин на основе мРНК?
Может ли секвенирование следующего поколения ускорить разработку вакцин на основе мРНК?
Может ли секвенирование следующего поколения ускорить разработку вакцин на основе мРНК?

10 окт. 2023 г.

Может ли секвенирование следующего поколения ускорить разработку вакцин на основе мРНК?

Исследуйте трансформационное влияние секвенирования следующего поколения в разработке вакцин mRNA. Погрузитесь в открытия, удостоенные Нобелевской премии, вызовы и новые технологии, такие как рабочий процесс VAX-seq, улучшающие производство вакцин, безопасность и анализ качества в условиях мировых здравоохранительных кризисов.

Полноценный человек Y, чтобы задавать больше "Почему" в биологии
Полноценный человек Y, чтобы задавать больше "Почему" в биологии
Полноценный человек Y, чтобы задавать больше "Почему" в биологии
Полноценный человек Y, чтобы задавать больше "Почему" в биологии

1 сент. 2023 г.

Полноценный человек Y, чтобы задавать больше "Почему" в биологии

Раскройте тайны человеческого Y-хромосомы с помощью передовых открытий MGI. Узнайте, как исследование консорциума T2T исправляет ошибки GRCh38, раскрывает новые данные об объеме более 30 мб и продвигает наше понимание генных структур и их значение в Оми-вселенной.

Присоединяйтесь к нашему информационному бюллетеню, чтобы быть в курсе новых функций и выпусков.

Я прочитал и понял Политику конфиденциальности MGI, и даю согласие на сбор и обработку моих персональных данных для обработки, ответа на мой контакт, получения вашего информационного бюллетеня, а также на проведение промоакций и маркетинговых мероприятий.

Присоединяйтесь к нашему информационному бюллетеню, чтобы быть в курсе новых функций и выпусков.

Я прочитал и понял Политику конфиденциальности MGI, и даю согласие на сбор и обработку моих персональных данных для обработки, ответа на мой контакт, получения вашего информационного бюллетеня, а также на проведение промоакций и маркетинговых мероприятий.

Присоединяйтесь к нашему информационному бюллетеню, чтобы быть в курсе новых функций и выпусков.

Я прочитал и понял Политику конфиденциальности MGI, и даю согласие на сбор и обработку моих персональных данных для обработки, ответа на мой контакт, получения вашего информационного бюллетеня, а также на проведение промоакций и маркетинговых мероприятий.