Kelompok penelitian Wang Ertao di Center of Excellence in Molecular Plant Science, Chinese Academy of Sciences, bekerja sama dengan kelompok penelitian Zhai Jixian di Southern University of Science and Technology, menerbitkan sebuah makalah penelitian di Nature Plants yang berjudul Single-nucleus transcriptomes reveal spatiotemporal symbiotic perception and early response in Medicago. Penelitian ini adalah yang pertama kali mengatasi perubahan ekspresi gen pada tipe sel tertentu pada tingkat sel tunggal dalam sistem akar Tribulus terrestris (Medicago truncatula) selama 24 jam pengobatan faktor tuberkel, dan mengungkapkan bahwa sel epidermis dan kortikal mengalami pemrograman ulang ekspresi gen yang signifikan dalam waktu 30 menit setelah pengobatan faktor tuberkel (perubahan ini berangsur-angsur pulih setelah 6 jam). Studi ini menemukan bahwa MtFER memiliki pola ekspresi yang mirip dengan MtLYK3 dalam profil transkripsi sel tunggal dari respons pensinyalan simbiosis rhizobial, yang selanjutnya menunjukkan bahwa MtFER yang difosforilasi oleh MtLYK3 mungkin terlibat dalam fiksasi nitrogen simbiosis dengan mengatur perkembangan rambut akar, kekebalan terkoordinasi, dan ekspresi gen kunci simbiosis.
Legum hidup dalam simbiosis dengan rhizobia, yang dapat mengubah nitrogen menjadi senyawa yang mengandung nitrogen yang dapat langsung digunakan oleh tanaman, sehingga secara drastis mengurangi kebutuhan nitrogen pada legum. Pembentukan fiksasi nitrogen simbiotik bergantung pada pengenalan bersama antara tanaman dan rhizobia. Di bawah defisiensi nitrogen, sistem akar legum melepaskan flavonoid ke dalam akar, yang mendorong rhizobia untuk mengeluarkan faktor nodulasi. Sistem akar legum menginduksi pengeritingan rambut akar, pembentukan garis invaginasi, dan pembelahan sel kortikal setelah merasakan sinyal faktor nodulasi, yang menginduksi morfogenesis rimpang. Pembentukan hubungan simbiosis antara legum dan rhizobia membutuhkan respons spasiotemporal dan spesifik spasial yang tepat dari berbagai jenis sel dalam sistem akar legum terhadap sinyal faktor tumorigenik. Tim, untuk mengatasi perubahan dinamis dalam transkriptom selama pengenalan dan transduksi sinyal kompleks ini, membangun profil transkripsi sel tunggal dari akar tribulus alfalfa yang mencakup 0.5 jam, 6 jam, dan 24 jam setelah pengobatan dengan faktor tumorigenik, menggunakan teknologi FlsnRNA-seq yang dikembangkan oleh tim Zhai Jixian (Gbr. 1). Pemeriksaan profil transkriptom sel tunggal berdasarkan deret waktu ini mengungkapkan bahwa pemrograman ulang ekspresi gen yang signifikan terjadi pada 0.5 jam setelah pengobatan di semua jenis sel, dan ini terutama terlihat pada sel epidermis dan kortikal. Dengan mengidentifikasi gen yang diekspresikan secara spesifik yang meningkat dalam berbagai jenis sel pada titik waktu yang berbeda, penelitian ini selanjutnya menganalisis peristiwa respons spesifik spasiotemporal yang terjadi di awal pensinyalan simbiosis. Misalnya, ekspresi gen yang berhubungan dengan pertahanan tanaman meningkat secara dramatis di hampir semua jenis sel dalam 0.5 jam setelah perawatan dan kemudian menurun, menunjukkan bahwa respons imun tanaman terhadap proses simbiosis diatur secara halus dan dinamis. Studi ini mengidentifikasi pola ekspresi yang sama dari gen MtFER dan MtLYK3 dalam menanggapi faktor tumorigenik dalam profil transkripsi sel tunggal, yang terletak dalam modul ko-ekspresi yang sama yang diperkaya dengan gen tumorigenik yang diketahui. Menggabungkan beberapa alat penelitian, studi tersebut selanjutnya mengungkapkan bahwa MtFER yang difosforilasi oleh MtLYK3 dapat berpartisipasi dalam proses fiksasi nitrogen simbiosis pada legum dengan mengoordinasikan ekspresi gen kunci perkembangan, imun, dan simbiosis untuk memastikan invasi normal Rhizobium (seperti yang ditunjukkan pada gambar).
Sebuah artikel tinjauan berjudul FER meets the Nod factor pathway, yang diterbitkan dalam edisi yang sama di Nature Plants, memperkenalkan hasil-hasil di atas dan menantikan arah penelitian selanjutnya.
Peta gen sel tunggal akar semanggi tribulus yang dibuat dalam penelitian ini diintegrasikan ke dalam situs web sumber data (https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/sc_medicago) untuk digunakan oleh para peneliti terkait, yang menyediakan dukungan data penting untuk penelitian terkait selanjutnya di bidang fiksasi nitrogen simbiosis.
Pekerjaan penelitian ini didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Utama Nasional Tiongkok, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, Proyek Tim Inovasi dan Kewirausahaan Guangdong, Komisi Inovasi Sains dan Teknologi Shenzhen, Dukungan Stabil Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok untuk Tim Muda di Bidang Program Penelitian Dasar, dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Shenzhen. Para peneliti dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC) berpartisipasi dalam sebagian penelitian ini.
Keterlibatan MtFER dalam regulasi perkembangan akar dan rizoma menggunakan sekuensing nuklir sel tunggal
