Single-Cell RNA sequencing in roots of arabidopsis thaliana exposed to boron toxicity at seedling stage
Özet
Bu tez kapsamında, bor (B) toksisite tolerans mekanizmasının moleküler temellerini yüksek verimde ve tek hücre düzeyinde aydınlatmak için literatürde ilk kez Arabidopsis thaliana kökleri ile tek hücreli RNA dizileme çalışması yapılmıştır. Bu kapsamda, Arabidopsis thaliana kökleri tohum çimlenmesi aşamasında farklı konsantrasyonlarda B toksisitesine maruz bırakılmıştır. Strese maruz bırakılan köklerden protoplastlar izole edilmiştir ve sonrasında tek-hücre RNA dizilemesi yapılmıştır. Kontrol, 1 mM B ve 2 mM B gruplarından oluşan 8 numune Illumina NovaSeq 6000 ile dizilenmiştir. Üç kopya boyunca toplam 1554 hücre popülasyonu geri kazanıldı. Bu tek hücreli transkriptomda quiescent center, endodermis, kaliptra (root cap), kolumella, korteks ve trikoblast dahil olmak üzere ana dokular tanımlanmıştır. B toksisitesi uygulamalarında trikoblast ve korteks tanımlanmamıştır. Ayrıca, literatürde sunulan genler ve B toksisitesi tolerans mekanizmaları ile ilgili benzer yolaklar tespit edilmekle birlikle hücre tipleri özelinde birçok yeni gen belirlenmiştir. Örneğin; çok yeni bir şekilde esasları ortaya konulan antosiyanin ve GST’lerin birincil rolü bulunan internal B toksisitesi tolerans mekanizmasının kolumella hücre kümesinde olabileceği öngörülmüştür. Ayrıca, B toksisitesi altında hücre özelinde 13 TF ailesi tanımlanmıştır. Son olarak, daha önce tespit edilen ve bu projede bulunan yeni yolakların hücre kümeleri özelinde literatüre sunulması B toksisitesi toleransıyla ile ilgili yeni transgenik ve ıslah çalışmalarına yön vermesi beklenmektedir. In this thesis, a single-cell RNA sequencing study was performed for the first time in the literature to reveal the molecular basis of boron (B) toxicity tolerance mechanism in Arabidopsis thaliana with high efficiency and at the single cell level. In this context, the roots of Arabidopsis thaliana were exposed to different concentrations of B toxicity at seedling stage. Protoplasts were isolated from stress-exposed roots and then single-cell RNA was sequenced. Total of 8 samples from control, 1 mM and 2 mM B groups were sequenced with Illumina NovaSeq 6000. Accordingly, a total population of 1554 cells were recovered across three replicates. Major tissues have been identified in this single-cell transcriptome, including the quiescent center, endodermis, root cap, columella, cortex, and trichoblast. Trichoblast and cortex had not been defined under B toxicity treatment. In addition, although similar pathways related to the genes and B tolerance mechanisms presented in the literature have been detected, many new cell-type specific genes were also identified. For example, the internal B toxicity tolerance mechanism, via the role of anthocyanins and GSTs may be in the columella cell cluster. Moreover, we found cell specific 13 TF families under B toxicity. Finally, the new pathways identified previously and new ones at cell cluster level will lead to new transgenic and breeding studies for B toxicity tolerance mechanism.