Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq)

Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung (engl. single-cell RNA sequencing, kurz scRNA-seq) ist eine molekularbiologische Methode, mit der die Genaktivität einzelner Zellen erfasst wird. Sie hat die Pflanzenforschung in den letzten Jahren revolutioniert, weil sie erstmals zeigt, wie unterschiedlich Gene in den Zellen eines Organs oder Gewebes aktiv sind.

Bei der scRNA-seq wird aus einer einzelnen Zelle die RNA isoliert, also die Gesamtheit der abgeschriebenen Gene. Diese RNA wird in cDNA umgeschrieben, vervielfältigt und anschließend mit Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien analysiert. Das Ergebnis ist ein Transkriptomprofil, das zeigt, welche Gene aktiv sind und in welcher Menge.

In Pflanzen werden dazu meist Protoplasten – also Zellen ohne Zellwand – verwendet, die mit Mikropipetten oder mikrofluidischen Systemen vereinzelt werden. Jede Zelle erhält dabei einen molekularen Barcode, damit ihre Daten später eindeutig zugeordnet werden können.

Mit scRNA-seq lassen sich Zelltypen identifizieren, die zuvor unbekannt waren, oder Genexpressionsmuster entlang von Entwicklungsverläufen rekonstruieren. Besonders wertvoll ist die Methode für komplexe Stoffwechselprozesse wie die Naturstoffbiosynthese, bei der verschiedene Zelltypen zusammenarbeiten.

In Kombination mit Einzelzell-Massenspektrometrie (scMS) können Forschende heute sogar gleichzeitig die Genaktivität und die chemischen Produkte derselben Zelle untersuchen – ein entscheidender Fortschritt für das Verständnis der molekularen Logistik in Pflanzen.

Es existieren unterschiedliche Plattformen für die Einzelzell-Sequenzierung, etwa SMART-seq (platebasiert, hohe Auflösung) und 10X Genomics Chromium (Tröpfchen-basiert, hohe Zellzahl). Beide liefern komplementäre Datensätze: SMART-seq erlaubt tiefe Analysen einzelner Zellen, 10X Genomics dagegen breitere Populationsanalysen.