Drop-seq首次成功应用于植物细胞
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开源RNA分析平台，Drop-seq最近首次成功应用于植物细胞。Drop-seq测量单个细胞中存在的RNA，这使研究人员能够深入了解哪些基因被表达，以及这些基因与不同细胞类型的表型之间的联系。它在植物生物学中的应用可以推动该领域进入一个新时代，并有助于设计高效的粮食和生物燃料作物。我们采访了Christine Shulse博士，来自能源部联合基因组研究所了解更多关于这一创新突破及其潜在应用。
莫莉·坎贝尔(MC):你能告诉我们更多关于Drop-seq的信息吗?它是如何工作的?为什么你第一次决定将它应用于植物生物学?
Christine Shulse (CS):Drop-seq的工作原理是将单个细胞与条形码珠一起捕获在微小液滴中。细胞在液滴内破裂，释放出RNA，然后被条形码珠捕获。研究人员可以从数千个细胞中快速捕获RNA并对其进行条形码，最终将它们集中起来进行一次测序。条形码使研究人员能够确定哪些RNA分子来自同一个细胞。植物是伯克利实验室生物科学领域的一个主要科学重点领域，因为它们被用作生物燃料的原料，并且能够对环境变化做出反应。因此，我们想看看Drop-seq，这个非常强大的单细胞RNA测序开源工具，是否对植物有效。
MC:为什么对我们来说了解某些基因在植物中的作用很重要，这些知识有什么应用呢?
CS:我们想要知道特定基因在植物中的作用有很多原因——例如，如果我们想要设计一种耐旱的生物燃料原料或作物物种，我们就需要知道哪些基因在耐旱性中发挥作用。这同样适用于抗虫害的工程植物品种等。Drop-seq的伟大之处在于，我们可以用它来识别这些基因，并识别它们表达的细胞类型。
MC:既然Drop-seq技术在2015年首次发表在一篇论文中，为什么花了四年时间才被应用到植物生物学中?是什么阻止了植物科学家使用它?
CS:植物细胞与动物细胞不同，在单细胞测序之前必须去除细胞壁。此外，植物细胞通常很大，大小不均匀。我认为这阻止了一些植物科学家尝试将Drop-seq用于植物。
MC:你在这个研究项目中遇到的主要成功和挑战是什么?
CS:我们的主要成功之一当然是技术上的成功，从拟南芥根中生成了> 12000个单细胞图谱。一旦我们有了这些，我们也成功地重建了内胚层的发育，通过排序单细胞转录谱，部分基于它们在发育过程中表达的已知基因的表达。然后，我们观察了在这个“假时间”中表达增加或减少的基因，我们能够识别出可能在内胚层发育中重要的其他基因。我最初最大的挑战是产生大量健康的原生质体，这是通过与我们在加州大学戴维斯分校的合著者合作解决的，他们有一个完善的拟南芥根原生质体生成方案。
MC:你怎么能确定原生质体的过程没有改变细胞到你无法洞察正常功能的程度?
CS:为了确保原生质体不会导致基因表达的重大变化，我们将所有单细胞的转录组组合成一个“伪体”转录组，并将其与由全根样本生成的传统散装转录组进行比较，在提取RNA之前，我们没有进行任何原生质体。我们发现了单细胞“伪体”转录组与传统转录组之间的高度相关性，因此我们有信心原生质体没有显著改变基因表达。
司仪:请您谈谈您的研究成果及其意义?
CS:首先，我们发现Drop-seq可以用于从单个植物细胞中快速生成表达谱。其次，我们将基因识别为根中特定细胞类型的标记，换句话说，它们在特定细胞类型(如皮层、毛发、内胚层等细胞)中高表达，而在其他细胞类型中不高表达。这些基因可能在这些细胞类型的发育或功能中发挥重要作用，是进一步研究的候选基因。第三，通过分析添加蔗糖和不添加蔗糖的根，我们发现不添加蔗糖的根在分生组织(未成熟)细胞中富集。这意味着蔗糖以某种方式推动根的成熟。
MC:你对其他考虑在研究中使用Drop-seq的植物生物学家有什么建议?
CS:去吧!我很高兴看到这项技术应用于其他植物物种，并回答植物生物学中的其他问题。至于建议，我想说确定一个特定于你感兴趣的植物和组织的原生质体方案，并进行适当的控制，以确保原生质体不会影响你的表达图谱。
MC:你们下一步的研究是什么?
CS:Drop-seq在植物生物学中的下一步将是将其应用扩展到非模式植物，并使用它来评估各种环境条件的影响，如干旱、盐、病原体感染或pH值水平。
Christine Shulse接受了科技网络科学作家Molly Campbell的采访。188金宝搏备用
莫莉·坎贝尔(MC):你能告诉我们更多关于Drop-seq的信息吗?它是如何工作的?为什么你第一次决定将它应用于植物生物学?
Christine Shulse (CS):Drop-seq的工作原理是将单个细胞与条形码珠一起捕获在微小液滴中。细胞在液滴内破裂，释放出RNA，然后被条形码珠捕获。研究人员可以从数千个细胞中快速捕获RNA并对其进行条形码，最终将它们集中起来进行一次测序。条形码使研究人员能够确定哪些RNA分子来自同一个细胞。植物是伯克利实验室生物科学领域的一个主要科学重点领域，因为它们被用作生物燃料的原料，并且能够对环境变化做出反应。因此，我们想看看Drop-seq，这个非常强大的单细胞RNA测序开源工具，是否对植物有效。
MC:为什么对我们来说了解某些基因在植物中的作用很重要，这些知识有什么应用呢?
CS:我们想要知道特定基因在植物中的作用有很多原因——例如，如果我们想要设计一种耐旱的生物燃料原料或作物物种，我们就需要知道哪些基因在耐旱性中发挥作用。这同样适用于抗虫害的工程植物品种等。Drop-seq的伟大之处在于，我们可以用它来识别这些基因，并识别它们表达的细胞类型。
MC:既然Drop-seq技术在2015年首次发表在一篇论文中，为什么花了四年时间才被应用到植物生物学中?是什么阻止了植物科学家使用它?
CS:植物细胞与动物细胞不同，在单细胞测序之前必须去除细胞壁。此外，植物细胞通常很大，大小不均匀。我认为这阻止了一些植物科学家尝试将Drop-seq用于植物。
MC:你在这个研究项目中遇到的主要成功和挑战是什么?
CS:我们的主要成功之一当然是技术上的成功，从拟南芥根中生成了> 12000个单细胞图谱。一旦我们有了这些，我们也成功地重建了内胚层的发育，通过排序单细胞转录谱，部分基于它们在发育过程中表达的已知基因的表达。然后，我们观察了在这个“假时间”中表达增加或减少的基因，我们能够识别出可能在内胚层发育中重要的其他基因。我最初最大的挑战是产生大量健康的原生质体，这是通过与我们在加州大学戴维斯分校的合著者合作解决的，他们有一个完善的拟南芥根原生质体生成方案。
MC:你怎么能确定原生质体的过程没有改变细胞到你无法洞察正常功能的程度?
CS:为了确保原生质体不会导致基因表达的重大变化，我们将所有单细胞的转录组组合成一个“伪体”转录组，并将其与由全根样本生成的传统散装转录组进行比较，在提取RNA之前，我们没有进行任何原生质体。我们发现了单细胞“伪体”转录组与传统转录组之间的高度相关性，因此我们有信心原生质体没有显著改变基因表达。
司仪:请您谈谈您的研究成果及其意义?
CS:首先，我们发现Drop-seq可以用于从单个植物细胞中快速生成表达谱。其次，我们将基因识别为根中特定细胞类型的标记，换句话说，它们在特定细胞类型(如皮层、毛发、内胚层等细胞)中高表达，而在其他细胞类型中不高表达。这些基因可能在这些细胞类型的发育或功能中发挥重要作用，是进一步研究的候选基因。第三，通过分析添加蔗糖和不添加蔗糖的根，我们发现不添加蔗糖的根在分生组织(未成熟)细胞中富集。这意味着蔗糖以某种方式推动根的成熟。
MC:你对其他考虑在研究中使用Drop-seq的植物生物学家有什么建议?
CS:去吧!我很高兴看到这项技术应用于其他植物物种，并回答植物生物学中的其他问题。至于建议，我想说确定一个特定于你感兴趣的植物和组织的原生质体方案，并进行适当的控制，以确保原生质体不会影响你的表达图谱。
MC:你们下一步的研究是什么?
CS:Drop-seq在植物生物学中的下一步将是将其应用扩展到非模式植物，并使用它来评估各种环境条件的影响，如干旱、盐、病原体感染或pH值水平。
Christine Shulse接受了科技网络科学作家Molly Campbell的采访。188金宝搏备用
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