Live single-cell transcriptional dynamics via RNA labelling during the phosphate response in plants

标签 生物 动力学(音乐) 基因 磷酸盐 核糖核酸 细胞生物学 细胞 植物 化学 生物化学 物理 声学
作者
Sahar Hani,Laura Cuyas,Pascale David,David Secco,James Whelan,Marie‐Christine Thibaud,Rémy Merret,Florian Mueller,Nathalie Pochon,Hélène Javot,Orestis Faklaris,Éric Maréchal,Édouard Bertrand,Laurent Nussaume
出处
期刊:Nature plants [Nature Portfolio]
卷期号:7 (8): 1050-1064 被引量:58
标识
DOI:10.1038/s41477-021-00981-3
摘要

Plants are constantly adapting to ambient fluctuations through spatial and temporal transcriptional responses. Here, we implemented the latest-generation RNA imaging system and combined it with microfluidics to visualize transcriptional regulation in living Arabidopsis plants. This enabled quantitative measurements of the transcriptional activity of single loci in single cells, in real time and under changing environmental conditions. Using phosphate-responsive genes as a model, we found that active genes displayed high transcription initiation rates (one initiation event every ~3 s) and frequently clustered together in endoreplicated cells. We observed gene bursting and large allelic differences in single cells, revealing that at steady state, intrinsic noise dominated extrinsic variations. Moreover, we established that transcriptional repression triggered in roots by phosphate, a crucial macronutrient limiting plant development, occurred with unexpectedly fast kinetics (on the order of minutes) and striking heterogeneity between neighbouring cells. Access to single-cell RNA polymerase II dynamics in live plants will benefit future studies of signalling processes. A method to label and visualize nascent RNA allows real-time study of transcriptional dynamics at single-cell resolution in vivo. The approach is used to study transcriptional repression of the SPX1 gene by phosphate in Arabidopsis roots.
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