MINI-EX: Integrative inference of single-cell gene regulatory networks in plants

生物 基因调控网络 拟南芥 调节器 计算生物学 多细胞生物 转录因子 稳健性(进化) 基因表达调控 电池类型 基因表达谱 基因表达 基因 细胞 遗传学 突变体
作者
Camilla Ferrari,Nicolás Manosalva Pérez,Klaas Vandepoele
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier]
卷期号:15 (11): 1807-1824 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.molp.2022.10.016
摘要

Multicellular organisms, such as plants, are characterized by highly specialized and tightly regulated cell populations, establishing specific morphological structures and executing distinct functions. Gene regulatory networks (GRNs) describe condition-specific interactions of transcription factors (TFs) regulating the expression of target genes, underpinning these specific functions. As efficient and validated methods to identify cell-type-specific GRNs from single-cell data in plants are lacking, limiting our understanding of the organization of specific cell types in both model species and crops, we developed MINI-EX (Motif-Informed Network Inference based on single-cell EXpression data), an integrative approach to infer cell-type-specific networks in plants. MINI-EX uses single-cell transcriptomic data to define expression-based networks and integrates TF motif information to filter the inferred regulons, resulting in networks with increased accuracy. Next, regulons are assigned to different cell types, leveraging cell-specific expression, and candidate regulators are prioritized using network centrality measures, functional annotations, and expression specificity. This embedded prioritization strategy offers a unique and efficient means to unravel signaling cascades in specific cell types controlling a biological process of interest. We demonstrate the stability of MINI-EX toward input data sets with low number of cells and its robustness toward missing data, and show that it infers state-of-the-art networks with a better performance compared with other related single-cell network tools. MINI-EX successfully identifies key regulators controlling root development in Arabidopsis and rice, leaf development in Arabidopsis, and ear development in maize, enhancing our understanding of cell-type-specific regulation and unraveling the roles of different regulators controlling the development of specific cell types in plants.
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