Analyse von Organidentitaeten in Blueten auf der Ebene einzelner Zellen

Zellen in vielzelligen Organismen besitzen normalerweise dieselbe genetische Information, weisen jedoch eine erstaunliche Variation in Form und Funktion auf. In Pflanzen laufen die meisten Entwicklungsprozesse postembryonal ab, ausgehend von Stammzellenpopulationen, die sich in Meristemen befinden. Nach dem Beginn der reproduktiven Phase produziert das Sprossapikalmeristem in Arabidopsis Blütenmeristeme, die vier Arten von Organen ausbilden: Kelchbl?tter, Kronbl?tter, Staubbl?tter und Fruchtbl?tter. Frühere Forschungen haben wichtige Transkriptionsfaktoren identifiziert, die die Organspezifikation und -differenzierung steuern. Ihre zelltypspezifischen Funktionen sind jedoch noch nicht ausreichend bekannt. In diesem Projekt werden wir Techniken der Einzelzell- und Zelltyp-spezifischen Genomik mit gezielten Promotoranalysen kombinieren. Ziel ist es, die grundlegende molekulare Struktur für die zellul?re Differenzierung in Blüten zu entschlüsseln, einschlie?lich der Charakterisierung der wichtigsten Zelltypen, ihrer Entwicklungswege und der Charakterisierung zelltypspezifischer Regulons. Insbesondere werden wir die mRNA-Expression auf der Ebene einzelner Zellen in Wildtyp-Blüten und und hom?otischen Mutanten messen. Um die Klassifizierung von Zelltypen zu erleichtern, werden wir zus?tzlich mRNA-seq in spezifischen GFP-markierten Zellpopulationen einsetzen. Die Einzelzell-RNA-seq-Daten werden die Vorhersage neuer zelltyp-spezifischer Markergene erm?glichen, die mit speziellen Reportergenanalysen in planta analysiert werden. In einem komplement?ren Ansatz werden wir die Aktivit?t von cis-regulatorischen Regionen unter Verwendung von Einzelzellen-ATAC-seq analysieren. Wir werden scATAC-seq-Datens?tze für Wildtyp- und hom?otische Mutantenlinien generieren und die Daten durch ATAC-seq-Daten aus sortierten Zellpopulationen erg?nzen. Auf diese Weise erhalten wir Datens?tze, die direkt mit den Daten der Einzelzell-RNA-Sequenzierung verglichen und integriert werden k?nnen. Damit k?nnen Kombinationen von regulatorischen Elementen identifiziert werden, die zelltypspezifische Genexpressionsmuster steuern. Diese k?nnen dann in planta mittels Reportergenanalyse in der Entwicklung von Blütenmeristemen und Blütenorganen validiert werden. Der hier vorgeschlagene Forschungsplan wird unser Verst?ndnis der Organspezifikation in Blüten auf ein neues Niveau bringen, da wir in der Lage sein werden, zell- und organspezifische Aktivit?ten hom?otischer Transkriptionsfaktoren zu analysieren und die entsprechenden regulatorischen Module vorherzusagen.