发芽涉及高度动态的转录程序，因为种子的细胞重新激活并表达在环境中建立所必需的功能。单个细胞类型在胚胎中具有不同的作用，因此必须具有细胞类型特异性的基因表达和基因调控网络。通过了解大多数细胞在过渡到细胞类型特异性转录状态之前都会经历一个共享的早期转录状态。一旦建立，这些细胞类型特异性转录状态在萌发过程中是动态的，反映了细胞功能特性的变化。![]()
近日，国际著名杂志Nature Plants上发表了一篇为“Establishment of single-cell transcriptional states during seed germination”的研究文章，定义了高度动态的细胞类型特异性基因表达模式，以及这些模式与发芽过程中细胞功能变化的关系。这些背后是独特的基因调控网络和转录因子活性。意外地发现大多数胚胎细胞在萌芽早期通过相同的初始转录状态过渡，即使在胚胎发生期间已经建立了细胞身份。细胞随后转变为细胞类型特异性的基因表达模式。总的来说，构成了一个通过种子萌发来表征拟南芥细胞转录状态的总体框架，允许研究不同基因型和其他种子策略可能不同的植物物种。研究的主要目的是表征构成萌发的拟南芥胚胎的细胞类型之间的基因表达差异，并确定这些基因表达模式如何被调节。为此，生成了拟南芥胚胎萌发的单细胞RNA测序(scRNA-seq)图谱(图1)。![]()
（图1）
通过整合了来自所有样本的数据，以最大限度地减少技术影响，然后根据它们的转录谱对细胞进行聚类，并使用统一的流形近似和投影将结果聚类在两个维度上可视化，以评估重复和时间点之间的一致性（图2）。![]()
（图2）
通过使用独立的实验方法验证了簇9和14的注释(图3)。我们将簇9注释为原木质部，并且仅在48 h时存在。scRNA-seq分析表明，AT1G55210的表达是簇9的独立标记。两个簇的标记基因验证结果也与上面描述的簇检测随时间的变化一致，进一步说明了萌发过程中细胞转录组的动态性质。![]()
（图3）
胚胎内单个细胞的生长特性和发育随着萌发过程而改变，通过研究潜在的动态基因表达如何在这段时间内促进细胞功能特性的变化，以及这与我们数据中观察到的转录状态之间的关系。我们将重点放在下胚轴皮层细胞上，因为这些细胞在萌发过程中的每个时间点被检测到三个不同的簇，它们以不同的比例存在(图4)。![]()
（图4）
接下来，我们试图了解细胞开始活动时初始细胞转录状态是如何建立的。最早的萌发时间点以两种簇细胞为主(分别占12 h捕获细胞的26.74%和37.27%；许多其他聚类一样，这两种聚类的存在是动态的（图5）。（图5）
胚胎的许多细胞类型都有不同的作用，并在不同的时间对发芽的成功做出贡献。这是由具有不同功能特性的细胞类型实现的，这些功能特性必须由这些细胞表达的特定基因补体决定。因此，萌发胚胎的每种细胞类型都应该具有独特的动态基因调控程序。通过分析基因表达动态和预测在scRNA-seq数据集中确定的每个细胞簇的转录因子来检查这些基因调控程序的特性(图6)。（图6）
总体而言，这些分析表明萌发胚胎的不同细胞类型表达了独特的动态基因调控这些程序可能是由特定的转录因子控制的，并支持我们的模型识别与发芽有关的相关候选转录因子的能力，这些转录因子可能被用作其他研究的资源。原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01771-3
