Факторы транскрипции GATA координируют переход от деления к дифференцировке в корне арабидопсиса

Авторы работы в Nature Communications реконструировали траектории развития основной ткани корня Arabidopsis thaliana, в которую входят эндодерма и кора. Они работали с разрешением до отдельных клеток и использовали данные по транскриптому и доступности хроматина doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Анализ выявил факторы транскрипции GATA как центральных координаторов перехода от деления клеток к дифференцировке; эту роль авторы подтвердили экспериментально doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Одноклеточная траектория основной ткани

В работе использованы ранее опубликованные данные scRNA-seq Arabidopsis thaliana. В атласе примерно из 11 000 клеток клетки стволовой ниши, эндодермы и коры определили по маркерным генам doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Кластер стволовой ниши проверили вручную, чтобы исключить клетки эпидермальной и сосудистой линий. По словам авторов, это заметно повысило разрешение итоговой траектории. Клетки колумеллы оставили, поскольку они фиксируют базальный конец траектории doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Итоговая выборка из 1095 клеток образует траекторию, раздваивающуюся на одном конце; это отражает анатомическое разделение основной ткани на эндодерму и кору doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Экспрессия меняется постепенно от конца колумеллы и покоящегося центра до области перед точкой ветвления, где профиль экспрессии резко меняется. В траектории, ведущей к коре, авторы описывают пять чётких фаз экспрессии, соответствующих расположению клеточных кластеров doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Факторы GATA и бистабильная сеть

Авторы сообщают, что доступность хроматина — надёжный предиктор активации генов развития. Крупный транскрипционный переключатель в поздней меристематической зоне, сопровождаемый обширной перестройкой хроматина, запускает переход от деления клеток к дифференцировке doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Чтобы найти регуляторы этого переключателя, авторы применили сетевой вывод на объединённых траекториях транскриптома и доступности хроматина. Он указал на факторы транскрипции GATA doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. По данным авторов, эти факторы находятся в точке перегиба бистабильной генной регуляторной сети с обратными связями. Сеть объединяет сигналы ауксина и цитокинина и уравновешивает пролиферацию и дифференцировку doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Как сообщают авторы, это обеспечивает временную точность переключения на уровне клетки, ткани и органа doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Корень удобен как модель для такого вопроса. Его типы клеток расположены концентрическими кольцами, которые берут начало от стволовой ниши у кончика. Дочерние клетки проходят несколько циклов деления, прежде чем начать удлиняться и дифференцироваться в чётко очерченных продольных зонах doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.