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Cell-specific clock-controlled gene expression program regulates rhythmic fiber cell growth in cotton

生物 胚珠 细胞生物学 昼夜节律 转录组 生物钟 基因表达谱 电池类型 基因表达 基因 遗传学 细胞 神经科学 胚胎
作者
Dehe Wang,Xiao Hu,Hanzhe Ye,Yue Wang,Qian Yang,Xiaodong Liang,Zilin Wang,Yifan Zhou,Miaomiao Wen,Xueyan Yuan,Xiaomin Zheng,Wen Ye,Boyu Guo,Mayila Yusuyin,Eugenia Russinova,Yu Zhou,Kun Wang
出处
期刊:Genome Biology [Springer Nature]
卷期号:24 (1) 被引量:26
标识
DOI:10.1186/s13059-023-02886-0
摘要

Abstract Background The epidermis of cotton ovule produces fibers, the most important natural cellulose source for the global textile industry. However, the molecular mechanism of fiber cell growth is still poorly understood. Results Here, we develop an optimized protoplasting method, and integrate single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and single-cell ATAC sequencing (scATAC-seq) to systematically characterize the cells of the outer integument of ovules from wild type and fuzzless/lintless ( fl ) cotton (Gossypium hirsutum ). By jointly analyzing the scRNA-seq data from wildtype and fl, we identify five cell populations including the fiber cell type and construct the development trajectory for fiber lineage cells. Interestingly, by time-course diurnal transcriptomic analysis, we demonstrate that the primary growth of fiber cells is a highly regulated circadian rhythmic process. Moreover, we identify a small peptide GhRALF1 that circadian rhythmically controls fiber growth possibly through oscillating auxin signaling and proton pump activity in the plasma membrane. Combining with scATAC-seq, we further identify two cardinal cis-regulatory elements (CREs, TCP motif, and TCP-like motif) which are bound by the trans factors GhTCP14s to modulate the circadian rhythmic metabolism of mitochondria and protein translation through regulating approximately one third of genes that are highly expressed in fiber cells. Conclusions We uncover a fiber-specific circadian clock-controlled gene expression program in regulating fiber growth. This study unprecedentedly reveals a new route to improve fiber traits by engineering the circadian clock of fiber cells.
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