刘启昆课题组开发了全新的植物细胞谱系追踪工具

2024年11月25日，蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学现代农学院刘启昆课题组在Developmental Cell上在线发表了题为“Development of an inducible DNA barcoding system to understand lineage changes in Arabidopsis regeneration”的研究论文，该研究开发了全新的植物细胞谱系追踪工具，发现经由愈伤组织再生形成的拟南芥个体中不同器官和组织的细胞均起源于外植体中的同一个细胞。

刘启昆课题组以拟南芥根外植体作为再生材料，首先利用DNA条形码技术在愈伤组织阶段诱导CRISPR-Cas9编辑，人为引入可标记不同细胞身份的DNA序列标记。通过对再生植株在器官水平和单细胞水平上进行取样和条形码检测，发现再生植物的各个组织器官和细胞具有几乎相同的一套DNA条形码，说明拟南芥器官再生起源于单个祖先细胞。

为了可视化的持续追踪拟南芥再生过程中的细胞分裂、分化以及分布，该研究还开发了适用于植物细胞标记的多色荧光标记系统XVE-Brainbow，利用多种荧光蛋白的选择性表达以及不同荧光蛋白之间的随机组合，对细胞进行可视化标记。结果表明，根外植体中的祖先细胞在愈伤组织形成时会分裂形成细胞群，同一个细胞群内表现相同的荧光信号。部分细胞群内会进一步分裂和分化产生茎尖分生组织，再生出完整的再生植物。通过对再生植株不同部位的细胞进行观察，发现所有的细胞都表现相同的荧光，再次证明拟南芥再生起源于单个细胞。

为了进一步探究参与拟南芥再生的祖先细胞类型，刘启昆团队进一步利用碱基编辑工具修复特定类型细胞中的GFP编码框，使之获得可遗传的荧光标记，实现对特定类型细胞分裂后代的持续追踪。研究发现并证实了Xylem Pole Pericycle细胞能作为祖先细胞参与拟南芥愈伤组织的发生以及芽的再生。

原文链接：

https://authors.elsevier.com/sd/article/S1534-5807(24)00663-4