Name: isolation and transcriptome analysis of plant cell types
Uploaded: 2023-04-07T12:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Isolation and Transcriptome Analysis of Plant Cell Types at JoVE.com

Abbiamo istituito questo protocollo nella struttura multi-omica a cellula singola della School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, e siamo stati supportati dalla National Natural Science Foundation of China (Grant No. 32070608), Shanghai Pujiang Program (Grant No. 20PJ1405800) e Shanghai Jiao Tong University (Grant Nos. Agri-X20200202, 2019TPB05).

Il seguente protocollo è stato ottimizzato per i semi wild-type ( WT) di A. thaliana senza fluorescenza e linee marcatrici fluorescenti per i seguenti tipi di cellule radicali: cellule del periciclo xilematico-polo (J0121), cellule iniziali della radice laterale, cellule del cappuccio radicale laterale (J3411), cellule dell'endoderma e della corteccia (J0571) (Figura 1A). Tutte le linee marcatrici sono state ottenute da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali</str...

<ol>
	<li>Zhang, T. -. Q., Chen, Y., Liu, Y., Lin, W. -. H., Wang, J. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+transcriptome+atlas+and+chromatin+accessibility+landscape+reveal+differentiation+trajectories+in+the+rice+root.">Single-cell transcriptome atlas and chromatin accessibility landscape reveal differentiation trajectories in the rice root.</a> Nature Communications. 12 (1), 2053 (2021).</li><li>Denyer, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+developmental+trajectories+in+the+Arabidopsis+root+revealed+using+high-throughput+single-cell+RNA+sequencing.">Spatiotemporal developmental trajectories in the Arabidopsis root revealed using high-throughput single-cell RNA sequencing.</a> Developmental Cell. 48 (6), 840-852 (2019).</li><li>Liu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+landscape+of+rice+roots+at+the+single-cell+resolution.">Transcriptional landscape of rice roots at the single-cell resolution.</a> Molecular Plant. 14 (3), 384-394 (2021).</li><li>Liu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+dynamic+molecular+profiling+of+stomatal+lineage+cell+development+by+single-cell+RNA+sequencing.">Global dynamic molecular profiling of stomatal lineage cell development by single-cell RNA sequencing.</a> Molecular Plant. 13 (8), 1178-1193 (2020).</li><li>Shahan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-cell+Arabidopsis+root+atlas+reveals+developmental+trajectories+in+wild-type+and+cell+identity+mutants.">A single-cell Arabidopsis root atlas reveals developmental trajectories in wild-type and cell identity mutants.</a> Developmental Cell. 57 (4), 543-560 (2022).</li><li>Wendrich, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+transcription+factors+guide+plant+epidermal+responses+to+limiting+phosphate+conditions.">Vascular transcription factors guide plant epidermal responses to limiting phosphate conditions.</a> Science. 370 (6518), (2020).</li><li>Carter, A. D., Bonyadi, R., Gifford, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+fluorescence-activated+cell+sorting+in+studying+plant+development+and+environmental+responses.">The use of fluorescence-activated cell sorting in studying plant development and environmental responses.</a> The International Journal of Developmental Biology. 57 (6-8), 545-552 (2013).</li><li>Picelli, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full-length+RNA-seq+from+single+cells+using+Smart-seq2.">Full-length RNA-seq from single cells using Smart-seq2.</a> Nature Protocols. 9 (1), 171-181 (2014).</li><li>Wang, X., He, Y., Zhang, Q., Ren, X., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+comparative+analyses+of+10X+genomics+chromium+and+Smart-seq2.">Direct comparative analyses of 10X genomics chromium and Smart-seq2.</a> Genomics Proteomics Bioinformatics. 19 (2), 253-266 (2021).</li><li>Serrano-Ron, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+lateral+root+formation+through+single-cell+RNAsequencing+reveals+order+of+tissue+initiation.">Reconstruction of lateral root formation through single-cell RNAsequencing reveals order of tissue initiation.</a> Molecular Plant. 14 (8), 1362-1378 (2021).</li><li>Hashimshony, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CEL-Seq2:+Sensitive+highly-multiplexed+single-cell+RNA-Seq.">CEL-Seq2: Sensitive highly-multiplexed single-cell RNA-Seq.</a> Genome Biology. 17, 77 (2016).</li><li>Macaulay, I. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=G&amp;T-seq:+Parallel+sequencing+of+single-cell+genomes+and+transcriptomes.">G&amp;T-seq: Parallel sequencing of single-cell genomes and transcriptomes.</a> Nature Methods. 12 (6), 519-522 (2015).</li><li>Angermueller, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+single-cell+sequencing+links+transcriptional+and+epigenetic+heterogeneity.">Parallel single-cell sequencing links transcriptional and epigenetic heterogeneity.</a> Nature Methods. 13 (3), 229-232 (2016).</li><li>De Rybel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+aux/IAA28+signaling+cascade+activates+GATA23-dependent+specification+of+lateral+root+founder+cell+identity.">A novel aux/IAA28 signaling cascade activates GATA23-dependent specification of lateral root founder cell identity.</a> Current Biology. 20 (19), 1697-1706 (2010).</li><li>Duncombe, S. G., Barnes, W. J., Anderson, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+delivery+and+behavior+of+cellulose+synthases+in+Arabidopsis+thaliana+using+confocal+microscopy.">Imaging the delivery and behavior of cellulose synthases in Arabidopsis thaliana using confocal microscopy.</a> Methods in Cell Biology. 160, 201-213 (2020).</li><li>Levy, S. E., Myers, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advancements+in+next-generation+sequencing.">Advancements in next-generation sequencing.</a> Annual Review of Genomics and Human Genetics. 17 (1), 95-115 (2016).</li><li>Ooi, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+full-length+single-cell+mRNA-seq+of+rare+cells.">High-throughput full-length single-cell mRNA-seq of rare cells.</a> PLoS One. 12 (11), e0188510 (2017).</li><li>Pertea, M., Kim, D., Pertea, G. M., Leek, J. T., Salzberg, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcript-level+expression+analysis+of+RNA-seq+experiments+with+HISAT,+StringTie+and+Ballgown.">Transcript-level expression analysis of RNA-seq experiments with HISAT, StringTie and Ballgown.</a> Nature Protocols. 11 (9), 1650-1667 (2016).</li><li>Tsyganov, K., Perry, A., Archer, S., Powell, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNAsik:+A+Pipeline+for+complete+and+reproducible+RNA-seq+analysis+that+runs+anywhere+with+speed+and+ease.">RNAsik: A Pipeline for complete and reproducible RNA-seq analysis that runs anywhere with speed and ease.</a> Journal of Open Source Software. 3, 583 (2018).</li><li>Love, M. I., Huber, W., Anders, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moderated+estimation+of+fold+change+and+dispersion+for+RNA-seq+data+with+DESeq2.">Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2.</a> Genome Biology. 15 (12), 550 (2014).</li><li>Kamiya, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+MYB36+transcription+factor+orchestrates+Casparian+strip+formation.">The MYB36 transcription factor orchestrates Casparian strip formation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (33), 10533-10538 (2015).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+types+of+bHLH+transcription+factor+determine+the+competence+of+the+pericycle+for+lateral+root+initiation.">Two types of bHLH transcription factor determine the competence of the pericycle for lateral root initiation.</a> Nature Plants. 7 (5), 633-643 (2021).</li><li>Haecker, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+dynamics+of+WOX+genes+mark+cell+fate+decisions+during+early+embryonic+patterning+in+Arabidopsis+thaliana.">Expression dynamics of WOX genes mark cell fate decisions during early embryonic patterning in Arabidopsis thaliana.</a> Development. 131 (3), 657-668 (2004).</li><li>Chen, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auxin+overproduction+in+shoots+cannot+rescue+auxin+deficiencies+in+Arabidopsis+roots.">Auxin overproduction in shoots cannot rescue auxin deficiencies in Arabidopsis roots.</a> Plant Cell Physiol. 55 (6), 1072-1079 (2014).</li><li>Nichterwitz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+capture+microscopy+coupled+with+Smart-seq2+for+precise+spatial+transcriptomic+profiling.">Laser capture microscopy coupled with Smart-seq2 for precise spatial transcriptomic profiling.</a> Nature Communications. 7, 12139 (2016).</li><li>Long, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nurse+cell--derived+small+RNAs+define+paternal+epigenetic+inheritance+in+Arabidopsis.">Nurse cell--derived small RNAs define paternal epigenetic inheritance in Arabidopsis.</a> Science. 373 (6550), (2021).</li><li>Gutzat, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arabidopsis+shoot+stem+cells+display+dynamic+transcription+and+DNA+methylation+patterns.">Arabidopsis shoot stem cells display dynamic transcription and DNA methylation patterns.</a> EMBO Journal. 39 (20), e103667 (2020).</li></ol>

Il protocollo basato su Smart-seq2 può generare librerie di sequenziamento affidabili da diverse centinaia di celle8. La qualità del materiale di partenza è essenziale per l'accuratezza dell'analisi del trascrittoma. FACS è un potente strumento per la preparazione delle celle di interesse, ma questa procedura, in particolare la fase di protopertura, deve essere ottimizzata per le applicazioni dell'impianto. La microdissezione a cattura laser (LCM) o le cellule sezionate manualmente possono anc...

Le cellule sono l'unità fondamentale di tutti gli organismi viventi e svolgono funzioni strutturali e fisiologiche. Sebbene le cellule negli organismi multicellulari mostrino un'apparente sincronicità, cellule di diversi tipi e singole cellule presentano differenze nei loro trascrittomi durante lo sviluppo e le risposte ambientali. Il sequenziamento dell'RNA a singola cellula ad alto rendimento (scRNA-seq) fornisce una potenza senza precedenti per comprendere l'eterogeneità cellulare. L'applicazione di scRNA-seq nelle scienze vegetali ha contribuito a costruire con successo un atlante cellularevegetale 1, è stato utilizzato per identificare taxa cellulari rari nei tessuti vegetali2, ha fornito informazioni sulla composizione dei tipi di cellule nei tessuti vegetali ed è stato utilizzato per identificare l'identità cellulare e importanti funzioni impiegate durante lo sviluppo e la differenziazione delle piante. Inoltre, è possibile dedurre traiettorie di sviluppo spazio-temporali nei tessuti vegetali 1,2,3 per scoprire nuovi geni marcatori4 e studiare le funzioni di importanti fattori di trascrizione 5 utilizzando scRNA-seq al fine di rivelare la conservazione evolutiva dello stesso tipo cellulare in piante diverse 3. Gli stress abiotici sono tra le più importanti influenze ambientali sulla crescita e lo sviluppo delle piante. Esplorando i cambiamenti nella composizione dei tipi di cellule nei tessuti vegetali in diverse condizioni di trattamento attraverso il sequenziamento del trascrittoma a singola cellula, si può anche risolvere il meccanismo di risposta allo stress abiotico6.
Il potenziale per risolvere l'eterogeneità trascrizionale tra i tipi di cellule utilizzando il sequenziamento scRNA dipende dal metodo di isolamento cellulare e dalla piattaforma di sequenziamento. La selezione cellulare attivata dalla fluorescenza (FACS) è una tecnica ampiamente utilizzata per isolare una sottopopolazione di cellule per scRNA-seq basata sulla diffusione della luce e sulle proprietà di fluorescenza delle cellule. Lo sviluppo di linee di marcatori fluorescenti mediante tecnologia transgenica ha notevolmente migliorato l'efficienza dell'isolamento cellulare mediante FACS7. Condurre scRNA-seq usando Smart-seq28 migliora ulteriormente la capacità di sezionare l'eterogeneità cellulare. Il metodo Smart-seq2 ha una buona sensibilità per il rilevamento genico e può rilevare geni anche con un basso input di trascrizione9. Oltre alla raccolta di tipi di cellule di massa, i moderni selezionatori di cellule forniscono un formato di ordinamento dell'indice a singola cellula, consentendo l'analisi del trascrittoma a risoluzione di singola cellula utilizzando Smart-seq210 o altri metodi multiplexed RNA-seq, come CEL-seq211. La selezione a cella singola o a cella può essere potenzialmente utilizzata per molte altre applicazioni a valle, come gli studi multiomici paralleli12,13. Presentato qui è un protocollo robusto e versatile per isolare i tipi di cellule vegetali, come le cellule del periciclo xilematico-polo, le cellule del cappuccio della radice laterale, le cellule iniziali della radice laterale, le cellule della corteccia e le cellule endodermiche dalle radici delle linee cellulari marcatrici di Arabidopsis thaliana mediante FACS. Il protocollo prevede inoltre la costruzione della libreria Smart-seq2 per l'analisi del trascrittoma a valle.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>0.22 &#181;m strainer</td>
			<td>Sorfa&#160;</td>
			<td>622110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Yeasen</td>
			<td>70101ES76</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agilent fragment analyzer</td>
			<td>Aglient</td>
			<td>Aglient 5200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agilent high-sensitivity DNA kit</td>
			<td>Aglient</td>
			<td>DNF-474-0500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampure XP beads</td>
			<td>BECKMAN</td>
			<td>A63881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betaine</td>
			<td>yuanye</td>
			<td>S18046-100g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td>Mr Muscle</td>
			<td>FnBn83BK</td>
			<td>20% (v/v) bleach</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA</td>
			<td>sigma</td>
			<td>9048-46-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>yuanye</td>
			<td>S24109-500g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellulase R10</td>
			<td>Yakult (Japan)</td>
			<td>9012-54-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellulase RS</td>
			<td>Yakult (Japan)</td>
			<td>9012-54-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tube (1.5 mL)</td>
			<td>Eppendolf</td>
			<td>30121589</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNase, RNase, DNA and RNA Away Surface Decontaminants</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>R0127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dNTPs (10 mM)</td>
			<td>NEB</td>
			<td>N0447S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT (0.1 M)</td>
			<td> 
			invitrogen</td>
			<td>18090050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>100092680</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FACS</td>
			<td>BD FACS Melody</td>
			<td>BD-65745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FACS</td>
			<td>Sony</td>
			<td>SH800S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter tip&#160; (1000 &#181;L)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TF112-1000-Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter tip&#160; (200 &#181;L)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TF140-200-Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter tip (10 &#181;L)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TF104-10-Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter tip (100 &#181;L)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TF113-100-Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse Ni-E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Four-Dimensional Rotating Mixer</td>
			<td>Kylin -Bell</td>
			<td>BE-1100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemicellulase</td>
			<td>sigma</td>
			<td>9025-56-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IS PCR primer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>5&#39;-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG 
			T-3&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KAPA HiFi HotStart ReadyMix(2X)</td>
			<td>Roche&#160;</td>
			<td>7958935001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td>7447-40-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macerozyme R10</td>
			<td>Yakult (Japan)</td>
			<td>9032-75-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic separation stand</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>12321D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>aladdin</td>
			<td>69-65-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MES</td>
			<td>aladdin</td>
			<td>145224948</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2&#160;</td>
			<td>yuanye</td>
			<td>R21455-500ml</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuges</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>Centrifuge 5425</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-mini-centrifuge</td>
			<td>Titan</td>
			<td>Timi-10k</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS</td>
			<td>Phytotech</td>
			<td>M519</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nextera XT DNA Library Preparation Kit</td>
			<td>illumina</td>
			<td>FC-131-1024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oligo-dT30VN primer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>5&#39;-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG 
			TACTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT 
			TTTTTTTTTTVN-3&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR instrument</td>
			<td>Thermal cycler</td>
			<td>A24811</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pectolyase</td>
			<td>Yakult (Japan)</td>
			<td>9033-35-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plant marker lines</td>
			<td>Nottingham Arabidopsis Stock Centre (NASC)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit 1x dsDNA HS Assay Kit</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>Q33231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit 2.0 fluorometer</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>Q32866</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNase inhibitor&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>EO0382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNase-free water</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>10977023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solution A</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>400 mM mannitol, 0.05 % BSA , 20 mM MES (pH5.7), 10 mM CaCl2, 20 mM KCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solution B</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>1 % (w/v)cellulase R10, 1 % (w/v) cellulase RS, 1 %&#160; (w/v)hemicellulase, 0.5 %&#160; (w/v)pectolyase and 1 %&#160; (w/v) Macerozyme R10 of in a fresh aliquot of solution A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile pestle</td>
			<td>BIOTREAT</td>
			<td>453463</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strainer (40 &#181;m )</td>
			<td>Sorfa&#160;</td>
			<td>251100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superscript enzyme (200 U/&#181;L)</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>18090050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperScript VI buffer (5x)</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>18090050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T0est tube (5 mL)</td>
			<td>BD Falcon</td>
			<td>352052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin-walled PCR tubes with caps (0.5 mL)</td>
			<td>AXYGEN</td>
			<td>PCR-05-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td>A600198-0500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TSO primer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>5&#39;-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAG 
			TACATrGrG+G-3&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>Titan</td>
			<td>VM-T2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isolation and transcriptome analysis of plant cell types

Negli organismi multicellulari, la programmazione dello sviluppo e le risposte ambientali possono essere altamente divergenti in diversi tipi di cellule o anche all'interno delle cellule, che è noto come eterogeneità cellulare. Negli ultimi anni, l'isolamento di singole cellule e di tipo cellulare combinato con tecniche di sequenziamento di nuova generazione (NGS) sono diventati strumenti importanti per studiare i processi biologici a risoluzione singola cellulare. Tuttavia, isolare le cellule vegetali è relativamente più difficile a causa della presenza di pareti cellulari vegetali, che limita l'applicazione di approcci unicellulari nelle piante. Questo protocollo descrive una solida procedura per l'isolamento basato su cellule singole e cellulari attivate da fluorescenza (FACS) con cellule vegetali, adatta per l'analisi multi-omica a valle e altri studi. Utilizzando le linee marcatrici fluorescenti della radice di Arabidopsis , dimostriamo come particolari tipi di cellule, come le cellule del periciclo xilematico-polo, le cellule iniziali della radice laterale, le cellule del cappuccio radicale laterale, le cellule della corteccia e le cellule endodermiche, sono isolate. Inoltre, viene fornito anche un efficace metodo di analisi del trascrittoma a valle utilizzando Smart-seq2. Il metodo di isolamento cellulare e le tecniche di analisi del trascrittoma possono essere adattati ad altri tipi di cellule e specie vegetali e hanno un ampio potenziale applicativo nella scienza delle piante.

Isolamento del protoplasto Questo protocollo è efficace per la selezione dei protoplasti delle linee marcatrici fluorescenti delle radici di A. thaliana. Queste linee di marcatori sono state sviluppate dalla fusione di proteine fluorescenti con geni espressi specificamente in tipi di cellule bersaglio, o utilizzando linee trappola enhancer (Figura 1). Numerosi tessuti e organi sono stati sezionati in tipi cellulari che esprimono specifici marcatori fluorescenti ...

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Isolation and Transcriptome Analysis of Plant Cell Types

La fattibilità e l'efficacia dei metodi scRNA-seq ad alto rendimento annunciano un'era a singola cellula nella ricerca sulle piante. Presentata qui è una procedura robusta e completa per isolare specifici tipi di cellule radice di Arabidopsis thaliana e la successiva costruzione e analisi della libreria di trascrittomi.

Analisi dell'isolamento e del trascrittoma di tipi di cellule vegetali

In multicellular organisms, developmental programming and environmental responses can be highly divergent in different cell types or even within cells, ...

L'analisi del trascrittoma su singole cellule o tipi di cellule può rilevare la sottile differenza di espressione genica mascherata dall'eterogeneità, che è un potente strumento per scoprire gli elaborati meccanismi di regolazione intracellulare. La selezione delle cellule attivate dalla fluorescenza seguita dall'analisi RN-seq può essere eseguita in modalità singola cella o bulk cell type con elevata sensibilità di rilevamento della trascrizione e compatibilità con altri approcci multi-omici. Gli utenti per la prima volta di questo protocollo devono prestare attenzione ad alcuni passaggi nell'ordinamento dei protoplasti e nella preparazione della libreria RNA-seq.Insieme a Jun Zhang, il Dr.Rongrong Xie, un post-doc presso il nostro laboratorio, aiuterà a dimostrare la procedura. Per iniziare, mettere i semi di Arabidopsis thaliana wild type e fluorescent marker line in candeggina al 20% e incubare utilizzando un incubatore rotante a temperatura ambiente per 15 minuti per sterilizzare i semi. Mentre si lavora su una panca sterile, sciacquare i semi da tre a cinque volte in acqua doppia distillata.Placcare i semi di tipo selvatico e reporter line su mezzo MS a mezza forza con lo 0,8% di peso per volume di agar. Stratificare le piante per due giorni a quattro gradi Celsius. Quindi coltivali verticalmente per cinque giorni a 23 gradi Celsius sotto cicli di luce di 16 ore e buio di 18 ore.Scongelare delicatamente le soluzioni protoplasting indicate come soluzione A e soluzione B su ghiaccio prima dell'esperimento. Tagliare le radici dalle piante usando una lama pulita o forbici e tagliare le radici in pezzi di circa 0,5 centimetri. Immergere le radici tritate in 1,5 millilitri di soluzione B seguita da una leggera rotazione a temperatura ambiente per 1,5 o 2 ore.Filtrare i protoplasti radicali risultanti attraverso una rete filtrante da 40 micron e sciacquare la rete con uno o due millilitri di soluzione A.Centrifugare i filtrati combinati a 300 G per cinque minuti a quattro gradi Celsius. Scartare il surnatante usando una pipetta, risospendere il pellet cellulare in 500-600 microlitri di soluzione A e metterlo immediatamente sul ghiaccio. Per la selezione delle celle, trasferire la soluzione di cella risospesa in una nuova provetta da cinque millilitri.Riempire il serbatoio del liquido della guaina e controllare il serbatoio dei rifiuti. Quindi accendere la selezionatrice cellulare attivata a fluorescenza o la macchina FACS. Eseguire le fasi di configurazione dello strumento e di calibrazione automatica sullo smistatore.Selezionare i canali di fluorescenza e utilizzare una pianta di tipo selvatico senza fluorescenza come controllo di base. Regolare il gate di ordinamento in base all'intensità della fluorescenza e ai singoletti a dispersione diretta e a dispersione laterale. Dopo aver aggiunto 500 microlitri di soluzione A in un tubo di raccolta da 1,5 millilitri, iniziare a ordinare e raccogliere da 2.000 a 3.000 cellule per tubo.Dopo la cernita, posizionare immediatamente i campioni sul ghiaccio. Centrifugare la provetta di raccolta contenente le cellule a 300 G e quattro gradi Celsius per cinque minuti e rimuovere il surnatante con una pipetta. Prendi due microlitri di cellule ordinate e controlla la fluorescenza usando un microscopio a fluorescenza.Conservare le celle ordinate a meno 80 gradi Celsius se non utilizzate immediatamente. Per l'ordinamento degli indici a cella singola, inserire la piastra a 96 pozzetti con membrana nell'adattatore. Calibrare la posizione della piastra in modo che la goccia cada nel foro centrale della piastra.Rimuovere la membrana dalla piastra a 96 pozzetti e posizionare la piastra a 96 pozzetti nell'adattatore. Selezionare la modalità di ordinamento a cella singola durante l'ordinamento. Immettere il numero di celle ordinate come una sola e avviare l'ordinamento.Prima di iniziare l'esperimento, pulire il banco con un decontaminante superficiale e etanolo al 75%. Utilizzare tutte le apparecchiature solo per la preparazione della libreria di sequenziamento. Dopo aver aggiunto un microlitro di miscela A appena preparata nel campione selezionato, macinarlo con un pestello sterile.Utilizzando acqua priva di RNAsi, portare il volume a 14 microlitri. Quindi trasferire ciascun campione in una provetta PCR a parete sottile da 0,2 millilitri. Quindi preparare la miscela B.Aggiungere 4,4 microlitri nella miscela B a ciascuna provetta PCR contenente campioni e mescolare mediante pipettaggio delicato.Incubare i campioni a 72 gradi Celsius per tre minuti. Dopo l'incubazione, mettere immediatamente i campioni sul ghiaccio per ibridare l'oligo dT alla coda poli-A. Preparare la miscela di reazione di trascrizione inversa o la miscela C in 21,6 microlitri di essa a ciascuna provetta contenente i campioni.Sottoporre i campioni a una reazione di trascrizione inversa in uno strumento PCR comune secondo il programma di trascrizione inversa. Aggiungere 40,8 microlitri della miscela di reazione di pre-amplificazione appena preparata o della miscela D al prodotto della reazione di trascrizione inversa ed eseguire il programma di pre-amplificazione. Il ciclo di amplificazione può essere determinato mediante PCR quantitativa quando la reazione entra appena nella fase esponenziale.Per purificare i prodotti della reazione di pre-amplificazione, trasferire i prodotti preamplificati da un tubo PCR a un tubo da 1,5 millilitri. Aggiungere 48 microlitri di perline AMPure XP in ciascun campione e mescolare delicatamente mediante pipettaggio prima dell'incubazione. Posizionare i tubi da 1,5 millilitri contenenti i campioni e le perline su un supporto di separazione magnetica per cinque minuti.Scartare con attenzione il surnatante dai campioni senza disturbare le perline. Dopo averli risospesi in 200 microlitri di etanolo all'80%, posizionarli sul supporto di separazione magnetica per altri tre minuti. Dopo aver scartato l'etanolo contenente surnatante, asciugare all'aria i campioni in una provetta per 10 minuti.Risospendere le perle in 20 microlitri di acqua priva di nucleasi e incubare a temperatura ambiente per cinque minuti. Quindi posizionarli sul supporto di separazione magnetica per cinque minuti. Utilizzando una pipetta, trasferire 18 microlitri di surnatante da ciascuna provetta in una nuova provetta da centrifuga da 1,5 millilitri.Infine, seguire i passaggi descritti nel testo per caratterizzare la pre-biblioteca, seguita dalla costruzione, purificazione e quantificazione della biblioteca. Le linee fluorescenti di marcatori Arabidopsis thaliana sono state sviluppate fondendo proteine fluorescenti con geni espressi specificamente in tipi di cellule bersaglio o utilizzando linee trappola enhancer. I protoplasti marcati specifici per la fluorescenza sono stati ordinati con successo in base all'intensità della fluorescenza e ai singoletti a dispersione diretta e a dispersione laterale.Le cellule ordinate sono state visualizzate utilizzando l'imaging a campo chiaro e a fluorescenza. Vengono mostrati i risultati rappresentativi della libreria di sequenziamento dell'RNA di circa 2.000 cellule del periciclo del polo xilematico, cellule primordiali della radice laterale, cellule dell'endoderma o della corteccia e cellule del cappuccio radicale laterale. Una libreria di piccole dimensioni con picchi di dimero di primer o adattatore può ancora essere sequenziata dopo la selezione delle dimensioni.Una libreria con una distribuzione delle dimensioni anomala indicava una preparazione della libreria non riuscita. Sono stati analizzati i modelli di espressione genica. I geni arricchiti in uno qualsiasi dei quattro tipi di cellule radice sono stati raggruppati e rappresentati in una mappa di calore che mostra la specificità delle espressioni geniche tra diversi tipi di cellule.L'alta qualità e la purezza delle cellule bersaglio attraverso il corretto gating e la selezione e la prevenzione della degradazione dell'RNA sono fondamentali per il successo della costruzione della libreria. Per l'RNA-seq in modalità singola cellula, sono stati recentemente descritti diversi metodi integrati con l'identificatore molecolare univoco che hanno migliorato significativamente le prestazioni.

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