Single-nucleus RNA and ATAC sequencing reveals the impact of chromatin accessibility on gene expression in Arabidopsis roots at the single-cell level

生物 染色质 拟南芥 转录组 基因 基因表达 电池类型 RNA序列 计算生物学 细胞生物学 基因表达调控 遗传学 细胞 突变体
作者
Andrew Farmer,Sandra Thibivilliers,Kook Hui Ryu,John Schiefelbein,Marc Libault
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:14 (3): 372-383 被引量:311
标识
DOI:10.1016/j.molp.2021.01.001
摘要

Similar to other complex organisms, plants consist of diverse and specialized cell types. The gain of unique biological functions of these different cell types is the consequence of the establishment of cell-type-specific transcriptional programs. As a necessary step in gaining a deeper understanding of the regulatory mechanisms controlling plant gene expression, we report the use of single-nucleus RNA sequencing (sNucRNA-seq) and single-nucleus assay for transposase accessible chromatin sequencing (sNucATAC-seq) technologies on Arabidopsis roots. The comparison of our single-nucleus transcriptomes to the published protoplast transcriptomes validated the use of nuclei as biological entities to establish plant cell-type-specific transcriptomes. Furthermore, our sNucRNA-seq results uncovered the transcriptomes of additional cell subtypes not identified by single-cell RNA-seq. Similar to our transcriptomic approach, the sNucATAC-seq approach led to the distribution of the Arabidopsis nuclei into distinct clusters, suggesting the differential accessibility of chromatin between groups of cells according to their identity. To reveal the impact of chromatin accessibility on gene expression, we integrated sNucRNA-seq and sNucATAC-seq data and demonstrated that cell-type-specific marker genes display cell-type-specific patterns of chromatin accessibility. Our data suggest that the differential chromatin accessibility is a critical mechanism to regulate gene activity at the cell-type level.
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