O grupo de pesquisa de Wang Ertao no Centro de Excelência em Ciência Molecular de Plantas, Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o grupo de pesquisa de Zhai Jixian na Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul, publicou um artigo de pesquisa na Nature Plants intitulado Single-nucleus transcriptomes reveal spatiotemporal symbiotic perception and early response in Medicago. Este estudo foi o primeiro a resolver mudanças na expressão gênica em tipos específicos de células no nível de célula única no sistema radicular de Tribulus terrestris (Medicago truncatula) durante 24 horas de tratamento com fator tuberculoso, e revelou que as células epidérmicas e corticais passaram por uma reprogramação significativa da expressão gênica dentro de 30 minutos após o tratamento com fator tuberculoso (essas mudanças se recuperaram gradualmente após 6 horas). Este estudo descobriu que MtFER tinha um padrão de expressão semelhante ao MtLYK3 no perfil transcricional de célula única da resposta de sinalização da simbiose rizobiana, demonstrando ainda mais que o MtFER fosforilado pelo MtLYK3 pode estar envolvido na fixação simbiótica de nitrogênio ao regular o desenvolvimento dos pelos radiculares, a imunidade coordenada e a expressão de genes-chave simbióticos.
As leguminosas vivem em simbiose com os rizóbios, que podem converter nitrogênio em compostos contendo nitrogênio que podem ser utilizados diretamente pelas plantas, reduzindo drasticamente a demanda de nitrogênio das leguminosas. O estabelecimento da fixação simbiótica de nitrogênio depende do reconhecimento mútuo entre plantas e rizóbios. Sob deficiência de nitrogênio, o sistema radicular das leguminosas libera flavonoides na inter-raiz, o que induz os rizóbios a secretar fatores de nodulação. O sistema radicular das leguminosas induz o enrolamento do pelo radicular, a formação de linha de invaginação e a divisão celular cortical ao detectar o sinal do fator de nodulação, induzindo a morfogênese dos rizomas. O estabelecimento de uma relação simbiótica entre leguminosas e rizóbios requer respostas espaço-temporais e espacialmente específicas precisas de diferentes tipos de células no sistema radicular das leguminosas ao sinal do fator tumorigênico. A equipe, para resolver as mudanças dinâmicas no transcriptoma durante o reconhecimento e a transdução desse sinal complexo, construiu um perfil transcricional de célula única de raízes de alfafa tribulus cobrindo 0.5 h, 6 h e 24 h após o tratamento com fatores tumorigênicos, usando a tecnologia FlsnRNA-seq desenvolvida pela equipe de Zhai Jixian (Fig. 1). O exame dos perfis de transcriptoma de célula única com base nessa série temporal revelou que uma reprogramação significativa da expressão gênica ocorreu em 0.5 h após o tratamento em todos os tipos de células, e isso foi particularmente pronunciado em células epidérmicas e corticais. Ao identificar genes expressos especificamente regulados positivamente em diferentes tipos de células em diferentes pontos de tempo, o estudo analisou ainda mais os eventos de resposta específicos espaço-temporais que ocorrem no início da sinalização simbiótica. Por exemplo, a expressão de genes relacionados à defesa da planta aumentou drasticamente em quase todos os tipos de células dentro de 0.5 h após o tratamento e então diminuiu, sugerindo que a resposta imune da planta ao processo simbiótico é fina e dinamicamente regulada. O estudo identificou padrões de expressão semelhantes dos genes MtFER e MtLYK3 em resposta a fatores tumorigênicos em perfis transcricionais de células únicas, localizados no mesmo módulo de coexpressão enriquecido com genes tumorigênicos conhecidos. Combinando múltiplas ferramentas de pesquisa, o estudo revelou ainda que o MtFER fosforilado pelo MtLYK3 pode participar do processo de fixação simbiótica de nitrogênio em leguminosas ao coordenar a expressão de genes-chave de desenvolvimento, imunológicos e simbióticos para garantir a invasão normal do Rhizobium (conforme mostrado na figura).
Um artigo de revisão intitulado FER meets the Nod factor pathway, que foi publicado na mesma edição da Nature Plants, apresentou os resultados acima e antecipou a próxima direção da pesquisa.
O mapa genético unicelular das raízes do trevo tribulus estabelecido neste estudo está integrado no site de recursos de dados (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) para uso de pesquisadores relevantes, fornecendo suporte de dados importante para pesquisas relacionadas subsequentes no campo da fixação simbiótica de nitrogênio.
O trabalho de pesquisa foi apoiado pelo National Key Research and Development Program da China, a National Natural Science Foundation da China, o Guangdong Innovation and Entrepreneurship Team Project, a Shenzhen Science and Technology Innovation Commission, o Chinese Academy of Sciences Stable Support for Young Teams in the Field of Basic Research Program e a Shenzhen Natural Science Foundation. Pesquisadores da University for Science and Technology of China (USTC) participaram de parte do estudo.
Envolvimento do MtFER na regulação do desenvolvimento de raízes e rizomas usando sequenciamento nuclear de células únicas
