被子植物的种子通常在地下就开始它们的生命周期，为了保护脆弱的茎尖分生组织和根分生组织免受土壤颗粒的机械损伤，幼苗会采用多种系统来维持细胞完整性，包括机械敏感离子通道和细胞壁完整性(CWI)途径。当根系在土壤中伸长时，会遇到由干旱或土壤成分不均匀造成的地下障碍，从而导致生长速度降低，使地上植物组织的产量降低。于是在穿透土壤的过程中，根细胞必须保持其完整性。除了CWI外，FER在与根有关的生物过程中发挥重要作用。FER通过连接外部环境信号和内部细胞活动，作为根生长的调节中枢。但尚不清楚FER是如何感知机械刺激并调节根系渗透土壤的。近期，湖南大学于峰教授团队在Developmental Cell（IF=11.8）发表题为“The Soil Emergence-related
Transcription Factor PIF3 Regulates Root Penetration by Interacting with the
Receptor Kinase FER”的研究论文，该研究提出了一种植物根系渗透土壤的新机制。欧易生物提供了单细胞转录组测序分析服务。（文末还有超多福利资料哦）关注上方公众号，后台回复“20240429”即可直接获取原文
研究目的：本文旨在揭示FER和PIF3在植物根部穿透硬质土壤过程中的作用机制，以及它们如何调节与根部土壤穿透相关的基因表达，特别是与机械感应相关的基因PIEZO的表达。研究材料：拟南芥野生型Col-0根尖（n=6），拟南芥fer-4突变根尖（n=6）（1）FER与PIF3的相互作用：研究揭示了受体激酶FER与转录因子PIF3之间的直接相互作用，这一发现为理解植物根部如何感知土壤机械阻力提供了新的分子机制。（2）PIF3在根部土壤穿透中的功能：研究发现PIF3是控制根部穿透土壤的关键因子，这一发现扩展了我们对PIF3功能的认识。（3）单细胞转录组测序的应用：通过scRNA-seq技术，研究者能够在单细胞水平上解析FER突变体和野生型拟南芥根部的转录组差异，这为揭示FER在根部发育中的作用提供了新的视角。![]()
拟南芥突变体中FER功能的丧失会导致根系无法穿透琼脂培养基或硬土。本研究拟南芥根的单细胞scRNA-seq分析揭示了明显的细胞聚类模式，特别是根冠细胞，并揭示了PIF3是一个受FER调控的转录因子。在本研究中，作者首次证实了拟南芥fer4突变体的根系在坚硬土壤、琼脂固化介质和沙子中存在渗透缺陷。单细胞转录组测序分析发现，与野生型根相比，fer-4根细胞表现出明显的聚类特征，特别是根毛和根冠的细胞。通过转录组分析，作者还确定了几种可能受fer调控的转录因子，其中之一是PIF3。生化、成像和遗传学方法的结合证实，FER与PIF3相互作用，磷酸化并稳定PIF3，然后调节其根冠中靶基因的表达，如机械敏感离子通道PIEZO和与细胞脱落相关的基因，从而赋予穿透土壤的能力。![]()
对于植物研究领域，单细胞测序无论是样本前处理（悬液制备）还是生物信息学分析方面都存在一些困难点，这也使得单细胞测序在农口的应用较少。部分老师对单细胞测序可能也不甚了解，只知晓其在医学肿瘤方向和疾病方向的应用更为广泛。随着植物原生质体制备等难题的逐步突破，植物单细胞测序愈发火爆，2023年就已发文几十篇，其中不乏Cell、Nature Communications等国际顶级期刊，广泛应用于拟南芥、水稻、玉米、番茄、杨树等物种，涉及根、茎、叶、花以及种子胚乳等多种组织类型。因此，植物单细胞测序的应用潜力不言而喻。欧易生物于2018年推出单细胞时空多组学服务，累计助力客户发文310余篇。为助力科研，小欧给各位老师准备了价值3000+的单细胞学习课程，包括超多单细胞生信实用教程，快来免费获取学习吧~关注上方公众号，后台回复“单细胞学习资料”即可免费获取对应学习资料~
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