新版本scRNA-seq发现，细胞再生取决于“位置”

来源：生物通

一个简单的植物组织样本，如树枝或树叶，可以再长成一个全新的植物。这种再生能力是食物生产和未来医学的梦想。研究植物的再生基因可以窥视人类哪些基因可能具有相似功能。

【背景】

直到2009年，随着单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的问世，这一领域研究达到了一个新的细节水平。奈良科学与技术研究所（NAIST）的科学家领导的一个国际项目在《Nucleic Acids Research》报道了一种新版本的scRNA-seq，被命名为单细胞数字基因表达（single cell-digital gene expression，1cell-DGE），它可以提供更多有关基因表达和细胞行为（如再生）之间关系的信息。

目前为止，几乎所有的scRNA-seq方法都依赖于从一个单独的细胞中获得RNA，该细胞在酶和机械的作用下与生物体内组织分离，但是，许多细胞行为基于与其他细胞的相互作用。此外，植物的刚性细胞壁通常较难粉碎。

位置信息对细胞的行为非常重要，因为彼此接触的细胞会相互发送信号。这项研究的负责人，NAIST的副教授Minoru Kubo解释，这些信息可能在分离环节中丢失。

【方法和结果】

位置信息对决定哪些细胞开始再生，以及哪些细胞不用再生具有重要意义。因此，研究人员设计了一种方法，在不损害位置信息的情况下，从完整的组织中提取单个活细胞的含有RNA的细胞核。

为了验证1cell-DGE，他们对一种具有很好再生特性的苔藓植物，使用商业显微操作器从切除的叶片中提取含有RNA的细胞核，然后用独特的分子标识符号制备cDNA文库，以备1cell-DGE分析。

在叶片切除后立即对31个细胞进行RNA分析，另外34个细胞在切除1天后分析，0小时和24小时之间有2000多个基因表达差异。

“我们用数据计算拟时间（pseudotime），拟时间根据基因表达谱估计细胞在发育与分化之间的转换，”Kubo解释说。

拟时间分析显示，在24小时内负责再生的几个基因的表达可以分成两组，这体现了细胞再生能力的异质性。

Kubo指出，“不同的再生标记可以反映细胞在切除叶片中的位置，研究证明了细胞边缘对位置信息的保留及其研究再生的重要性。”

【展望】

RNA提取的显微操作必须手工完成，但Kubo相信，自动化这一步骤可以使其成为研究依赖细胞定位的基因表达的标准工具。

“这将有可能从活组织和器官中恢复数千种细胞内涵，”他说。

参考文献：

Single-cell transcriptome analysis of Physcomitrella leaf cells during reprogramming using microcapillary manipulation