單細(xì)胞 RNA 測序 (scRNA) 的最新突破，例如最近開發(fā)的“RevGel-seq”方法，徹底改變了植物細(xì)胞分析。該技術(shù)獨立于特殊儀器，簡化了流程并解決了原生質(zhì)體分離的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，一個跨國研究團(tuán)隊回顧了植物 scRNA 測序的最新進(jìn)展，旨在為促進(jìn)針對不同植物樣品適當(dāng)選擇 scRNA 方法提供指導(dǎo)。

在植物生物學(xué)領(lǐng)域，了解單個植物細(xì)胞的復(fù)雜性一直是一項復(fù)雜的挑戰(zhàn)，特別是由于這些細(xì)胞被剛性細(xì)胞壁包裹的獨特結(jié)構(gòu)。這一挑戰(zhàn)反過來又阻礙了完整細(xì)胞核或原生質(zhì)體的分離，而這對于深入分析至關(guān)重要。現(xiàn)在，雖然傳統(tǒng)的 RNA 測序在幫助研究人員了解植物細(xì)胞的復(fù)雜性方面發(fā)揮了重要作用，但單細(xì)胞 RNA (scRNA) 測序的突破性發(fā)展使我們對植物生物系統(tǒng)的理解和分析取得了突破性的進(jìn)步。

此外，scRNA 測序的其他技術(shù)進(jìn)步，例如細(xì)胞分離方案、文庫制備和測序技術(shù)的開發(fā)，進(jìn)一步增強了克服植物特異性分析挑戰(zhàn)的能力。雖然過去的研究回顧了 scRNA 測序的實用性和實際適用性，但沒有多少研究嘗試研究 scRNA 測序的技術(shù)發(fā)展。然而，現(xiàn)在，在 2024 年 2 月 29 日發(fā)表在《BioDesign Research》 上的一篇最新評論中，研究人員全面審視了植物系統(tǒng)生物學(xué)的最新進(jìn)展和范式轉(zhuǎn)變。植物系統(tǒng)具有復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，需要創(chuàng)新的方法來解開隱藏在植物細(xì)胞內(nèi)的秘密。該評論除了討論該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和未來潛在機(jī)遇外，還捕捉了 scRNA 技術(shù)的最新發(fā)展。

該綜述首先討論了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)中常用的方法，包括實驗和計算部分，并詳細(xì)闡述了 scRNA 測序的一般工作流程。鑒于原生質(zhì)體制備和細(xì)胞核分離方法的挑戰(zhàn)和局限性，微流控平臺的使用為單細(xì)胞分離、分離和分析提供了主要工作流程。此外，雖然用于植物scRNA測序的原生質(zhì)體和細(xì)胞核之間的選擇取決于研究目標(biāo)，但該評論敦促研究人員在確定選擇時應(yīng)仔細(xì)考慮多種因素的選擇，例如研究目標(biāo)、植物物種和其他權(quán)衡。最合適的方法。

然后，該評論涉及 scRNA 測序文庫構(gòu)建和測序方面的進(jìn)展，重點介紹了 Nextera XT DNA 文庫制備試劑盒、BD Rhapsody 系統(tǒng)和 Illumina 測序技術(shù)等重大成就。接下來，研究人員討論了 scRNA 測序涉及的多個步驟，然后繼續(xù)討論 scRNA 數(shù)據(jù)庫的最新發(fā)展。例如，PlantscRNAdb 是為分析植物中的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)而開發(fā)的，包含 26,326 個標(biāo)記基因。另一方面，植物細(xì)胞標(biāo)記數(shù)據(jù)庫包含 6 個植物物種 22 個組織中 263 種細(xì)胞類型的 81,117 個細(xì)胞標(biāo)記基因。然后，他們還討論了研究人員為解決植物 scRNA 數(shù)據(jù)庫的局限性而做出的改進(jìn)，例如“scPlantDB”，這是 He 等人創(chuàng)建的綜合數(shù)據(jù)庫，涵蓋 17 個植物物種的約 250 萬個細(xì)胞。

研究人員進(jìn)一步討論了scRNA測序在植物系統(tǒng)生物學(xué)中的應(yīng)用，并詳細(xì)闡述了scRNA測序如何用于在細(xì)胞水平上研究植物生物學(xué)，揭示植物發(fā)育的分子機(jī)制、植物對生物和非生物脅迫的反應(yīng)、植物的表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞命運決定和器官發(fā)生等。

在討論 scRNA 測序進(jìn)一步發(fā)展的挑戰(zhàn)和潛力時，研究人員強調(diào)了最近的一項突破性進(jìn)展，旨在優(yōu)化原生質(zhì)體分離方法并在不同實驗室建立標(biāo)準(zhǔn)化的單細(xì)胞 RNA 測序 (scRNA-seq) 流程。該開發(fā)采用多方面的方法，尋求將創(chuàng)新的 scRNA-seq 技術(shù)與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，以應(yīng)對復(fù)雜的植物細(xì)胞世界。樣品制備成為一個細(xì)致的過程，重點關(guān)注酶處理持續(xù)時間、溫度和滲透勢等變量。值得注意的是，該研究探索了新穎的 scRNA-seq 技術(shù)，包括 RevGel-seq，這些技術(shù)最初是為動物系統(tǒng)開發(fā)的，但現(xiàn)在引入了植物研究領(lǐng)域。

橡樹嶺國家實驗室本次綜述的首席研究員楊曉涵博士進(jìn)一步補充道，“RevGel-seq 是 scRNA-seq 方法中最近取得的一項突破，它確實是一個游戲規(guī)則改變者。與在樣品制備過程中依賴特定單細(xì)胞 RNA 儀器的傳統(tǒng)方法不同，RevGel-seq 對細(xì)胞條形碼珠復(fù)合物進(jìn)行操作。這一創(chuàng)新的人類和小鼠細(xì)胞 scRNA-seq 樣品制備不僅方便而且高效。RevGel-seq 還消除了對特定儀器的需求，為不同時間或地點的樣品采集和處理提供了靈活性。不用說，結(jié)果超出了預(yù)期，展示了 RevGel-seq 重塑植物研究中單細(xì)胞 RNA 測序方式的潛力。

本綜述中列出的最新進(jìn)展對植物生物學(xué)的未來具有重大影響。雖然 scRNA 測序確實已成為植物系統(tǒng)生物學(xué)和合成生物學(xué)領(lǐng)域的突破性技術(shù)，但該綜述揭示了解決現(xiàn)有挑戰(zhàn)的可能途徑，并為未來的研究人員指明了方向。它還強調(diào)需要將 scRNA 測序技術(shù)與其他組學(xué)技術(shù)和其他計算工具相結(jié)合，以增強對植物中復(fù)雜細(xì)胞相互作用的理解。

總之，這篇綜述提出了植物生物學(xué)領(lǐng)域的積極發(fā)展方向，即植物細(xì)胞的單細(xì)胞 RNA 測序揭示了它們的內(nèi)部運作，并為更深入的見解打開了大門。除了解決當(dāng)前的障礙之外，它還可以為研究人員提供指導(dǎo)，以實現(xiàn)更加可持續(xù)的未來，并取得顯著的突破。