圖 1
2. 廣泛表達的基因反應模式的分析
為了研究早期信號通路中基因的反應模式,我們根據(jù)每個細胞簇中不同時間點的表達情況,將4個時間點的1868個基因分為6個基因類別(圖2a和補充數(shù)據(jù)3)。共有838個不能準確地分配到這六個類別的基因被丟棄(方法)。從第2類到第6類的5個基因類別在所有細胞簇中都表現(xiàn)出相似的表達模式(圖2b)。接下來,我們研究了每種細胞類型對NFs的反應。通過整合四個snRNA數(shù)據(jù)集從不同的時間點,與上述結果一致,我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組在0.5 hpt顯示最低的相似性與其他時間點,表明根經(jīng)歷了廣泛的轉(zhuǎn)錄組重編程迅速NFs刺激和逐步恢復后6hpt(圖. 2c和補充圖.6)。之前的全根研究21也揭示了根瘤菌接種后1h的瞬時重編程,我們的結果表明,瞬時重編程在表皮和皮質(zhì)細胞中最為明顯,突出了這兩種細胞類型在NFs感知中的重要作用(補充圖6)。我們還發(fā)現(xiàn),在0.5 hpt時的時間點特異性上調(diào)基因數(shù)量最高,證實了0.5 hpt在早期反應中的唯一性(圖2d和補充數(shù)據(jù)4)。我們通過添加一個新的生物復制來驗證了這些發(fā)現(xiàn),并通過使用完全基于組合的方法(方法)分析兩個重復的數(shù)據(jù)集,獲得了高度一致的結果(擴展數(shù)據(jù)圖4。值得注意的是,對這些誘導基因的基因功能富集分析顯示,在0.5 hpt時,幾乎所有分化的細胞類型(除中柱亞型簇8外)都誘導了植物防御相關通路,特別是在表皮和皮質(zhì)中。在6 hpt時,這些細胞在表皮中仍然活躍(圖2e和補充圖7–9)。
圖 2
3. 表皮細胞的一種亞型是SNF所必需的
通過重新聚類,表皮可進一步分為兩種亞細胞類型(亞簇1-0和1-1亞簇)(圖3a)。在所有四個樣本中都發(fā)現(xiàn)了這兩個子簇,這表明在應用NFs之前,差異導致了兩個子簇的差異(圖3b)。此外,我們的列表中 1-1specifically 表達的基因 GH9CI的 GUS 信號主要標記成熟區(qū)的根毛和表皮細胞(圖3c),這與擬南芥根毛和表皮中根毛標記基因 AtGH9Cl的表達模式一致。與根毛在根瘤菌感染初期的重要作用一致,我們發(fā)現(xiàn)已知SNF 基因在子集群 1-1中的比例顯著高于 1-0(圖 3d、e和補充數(shù)據(jù)2)。此外,與叢枝菌根共生(AMS)相關的GO功能也被富集(圖3f)。
圖 3
4. MtFER與LYK3共表達
為了進一步探索它們的功能,我們在0.5hpt時提取了表皮和皮質(zhì)細胞,以構建共表達網(wǎng)絡(圖4a和補充數(shù)據(jù)7)。結瘤所需的乙烯響應因子2(ERN2),PUB1和LYK3圖4a、c)MtFER(Medtr7g073660),擬南芥鐵藻的明顯同源物(擴展數(shù)據(jù)圖6),也在LYK3的模塊中被發(fā)現(xiàn)。LYK3可以磷酸化PUB1,并在早期反應中調(diào)節(jié)結瘤。此外,我們發(fā)現(xiàn)這三個基因的表達水平均在0.5 hpt時達到峰值,隨后逐漸下降,這表明MtFER可能與PUB1和LYK3發(fā)生相互作用(圖4d)。
圖 4
5. MtFER的表達模式與LYK3相似
我們注意到pMtFER:GUS在根尖高表達,而pLYK3::GUS在該區(qū)域弱表達(圖5a和擴展數(shù)據(jù)圖7)。有趣的是,我們的數(shù)據(jù)顯示,在酵母雙雜交(Y2H)實驗中,MtFER蛋白可以與LYK3相互作用(圖5b)。當LYK3-FLAG和MtFER-HA在本煙草葉片中共表達時,我們通過共免疫沉淀(Co-IP)進一步證實了相互作用(圖5c)。最后,我們在體外激酶實驗中發(fā)現(xiàn)LYK3可以磷酸化MtFER(圖5d)。我們的研究結果表明,根瘤菌共生過程中對MtFER的需求可能與其與LYK3的相互作用有關。
圖 5
參考文獻:
[1]Liu Z , Yang J ,Long, YanpingZhang, ChiWang, DapengZhang, XiaoweiDong, WentaoZhao, LiLiu, ChengwuZhai, JixianWang, Ertao.Single-nucleus transcriptomes reveal spatiotemporal symbiotic perception and early response in Medicago[J].Nature Plants, 2023, 9(10):1734.