Single-cell resolution analysis reveals the preparation for reprogramming the fate of stem cell niche in cotton lateral meristem

生物 重编程 细胞生物学 胚胎发生 分生组织 转录组 体细胞 再生(生物学) 细胞命运测定 干细胞 诱导多能干细胞 拟南芥 细胞分化 遗传学 细胞 胚胎干细胞 基因 基因表达 转录因子 胚胎发生 胚胎 突变体
作者
Xiangqian Zhu,Zhongping Xu,Guanying Wang,Yulong Cong,Yu Lu,Ruoyu Jia,Yuan Qin,Guangyu Zhang,Bo Li,Daojun Yuan,Lili Tu,Xiyan Yang,Keith Lindsey,Xianlong Zhang,Shuangxia Jin
出处
期刊:Genome Biology [Springer Nature]
卷期号:24 (1) 被引量:31
标识
DOI:10.1186/s13059-023-03032-6
摘要

Abstract Background Somatic embryogenesis is a major process for plant regeneration. However, cell communication and the gene regulatory network responsible for cell reprogramming during somatic embryogenesis are still largely unclear. Recent advances in single-cell technologies enable us to explore the mechanism of plant regeneration at single-cell resolution. Results We generate a high-resolution single-cell transcriptomic landscape of hypocotyl tissue from the highly regenerable cotton genotype Jin668 and the recalcitrant TM-1. We identify nine putative cell clusters and 23 cluster-specific marker genes for both cultivars. We find that the primary vascular cell is the major cell type that undergoes cell fate transition in response to external stimulation. Further developmental trajectory and gene regulatory network analysis of these cell clusters reveals that a total of 41 hormone response-related genes, including LAX2 , LAX1 , and LOX3 , exhibit different expression patterns in the primary xylem and cambium region of Jin668 and TM-1. We also identify novel genes, including CSEF , PIS1 , AFB2 , ATHB2 , PLC2 , and PLT3 , that are involved in regeneration. We demonstrate that LAX2 , LAX1 and LOX3 play important roles in callus proliferation and plant regeneration by CRISPR/Cas9 editing and overexpression assay. Conclusions This study provides novel insights on the role of the regulatory network in cell fate transition and reprogramming during plant regeneration driven by somatic embryogenesis.

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