Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration

全能的 生物 重编程 体细胞 拟南芥 多叶的 细胞生物学 胚胎干细胞 警卫室 植物细胞 干细胞 激光捕获显微切割 遗传学 电池类型 胚胎发生 祖细胞 染色质 纤毛形成 血管母细胞 核糖核酸 转录组 基因表达调控 反义RNA 细胞命运测定 细胞分化 基因
作者
Li Ping Tang,Li Ming Zhai,Jiming Li,Yue Gao,Qiu Li,Rui Li,Qing Liu,Wen Jie Zhang,Wang Jinsong Yao,Bangbang Mu,Chao Qin,Xin Tian,Rahul Shaw,Keke Xia,Jian Xu,Ying Hua Su,Xian Sheng Zhang
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:188 (24): 6923-6938.e18 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.cell.2025.08.031
摘要

Totipotency enables single cells to regenerate an organism, yet how differentiated somatic cells reacquire this potential remains unclear. Here, we show that LEAFY COTYLEDON2 (LEC2) reprograms SPEECHLESS (SPCH)-expressing meristemoid mother cells (MMCs) away from stomatal-lineage progression, driving their conversion into totipotent somatic embryo founder cells (SEFCs) in Arabidopsis cotyledons. Using time-course live imaging, single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq), and spatial laser capture microdissection combined with RNA sequencing (LCM-RNA-seq), we uncover a lineage bifurcation point where MMC derivatives either commit to guard cells or transition into a guard mother cell (GMC)-auxin intermediate, an auxin-enriched state that enables transcriptional reprogramming and embryonic gene activation. LEC2 and SPCH cooperatively activate TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASE OF ARABIDOPSIS 1 (TAA1) and YUCCA4 (YUC4), establishing a local auxin biosynthesis circuit essential for SEFC specification. Genetic and promoter analyses confirm MMCs as the origin of somatic embryos, with TAA1/YUC-mediated auxin production indispensable for totipotency and embryogenesis. These findings define an auxin-driven, transcriptionally regulated trajectory linking stomatal progenitors to somatic embryogenesis, revealing a direct route that advances mechanistic understanding of plant regenerative plasticity.
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