該研究測(cè)序策略：構(gòu)建了涵蓋駱駝（21個(gè)組織）與牛（33個(gè)組織）的單細(xì)胞/單核轉(zhuǎn)錄組圖譜，并整合已發(fā)表的牛、羊、豬、小鼠及人多組織單細(xì)胞數(shù)據(jù)，開(kāi)展跨物種比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，駱駝不僅保留了與牛真胃同源的腺囊胃室，還演化出特有的血管平滑肌細(xì)胞，可能為其高效血壓調(diào)節(jié)提供細(xì)胞基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究不僅為畜禽適應(yīng)性進(jìn)化提供新見(jiàn)解，也為人類代謝疾病研究提供了跨物種比較框架。百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)空間轉(zhuǎn)錄組BMKMANU?S1000服務(wù)。

研究背景

對(duì)多腔胃哺乳動(dòng)物進(jìn)行細(xì)胞與分子特征分析，有助于深入理解消化與代謝系統(tǒng)的進(jìn)化機(jī)制。駱駝進(jìn)化出了一套獨(dú)特的多室分布式消化策略，與牛的集中式消化模式形成鮮明對(duì)比。二者在消化與代謝系統(tǒng)中所展現(xiàn)的物種特異性細(xì)胞組成及分子特征差異，這引出了一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題：多腔胃動(dòng)物適應(yīng)性進(jìn)化的細(xì)胞基礎(chǔ)是什么？

研究結(jié)果

? 駱駝與牛的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜構(gòu)建

該研究對(duì)駱駝的21種組織（160,682個(gè)細(xì)胞）和牛的33種組織（264,472個(gè)細(xì)胞）進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）或單核RNA測(cè)序（snRNA-seq），共注釋出124種細(xì)胞類型，其中59種為駱駝和牛所共有?；阼b定出的15,324個(gè)直系同源基因，研究者整合了兩個(gè)物種的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞在物種間表現(xiàn)出較高的相似性，而生殖細(xì)胞的相似性較低，這可能與其作為進(jìn)化速率最快的細(xì)胞類型有關(guān)。本結(jié)果系統(tǒng)揭示了駱駝多種組織的細(xì)胞類型組成，并刻畫(huà)了兩種物種間對(duì)應(yīng)細(xì)胞類型的保守性與異質(zhì)性。

圖1. 細(xì)胞圖譜構(gòu)建

? 多腔胃結(jié)構(gòu)細(xì)胞的異質(zhì)性分析

多腔胃是駱駝和牛高度特化消化道的標(biāo)志性特征。為探究駱駝與牛胃腔中細(xì)胞類型組成及其基因表達(dá)模式的保守性與差異性，作者針對(duì)胃腔單細(xì)胞數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，通過(guò)比較胃部結(jié)構(gòu)性細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞的聚類由組織來(lái)源決定，而非物種。

駱駝腺囊（GS）與第三胃室（C3）識(shí)別出一個(gè)獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)模塊，其中包含SOX8、UNCX等調(diào)控因子，促進(jìn)細(xì)胞增殖與遷移。駱駝GS與真胃具有共同起源，但已獲得獨(dú)特的特化特征。保守的細(xì)胞和分子特征使GS在發(fā)育過(guò)程中能夠執(zhí)行類似真胃的核心功能。同時(shí)，GS與C3中以高表達(dá)促增殖和遷移基因?yàn)樘卣鞯莫?dú)特上皮亞型，代表了關(guān)鍵的譜系特異性創(chuàng)新。

因此，作者提出GS從共同的祖先胃結(jié)構(gòu)演化而來(lái)，隨后在駱駝中經(jīng)歷特定特化過(guò)程，這一過(guò)程可能由這些新型細(xì)胞類型驅(qū)動(dòng)，以支持其獨(dú)特的器官發(fā)生和功能維持。駱駝第一胃室（C1）上皮缺乏乳頭結(jié)構(gòu)，正向選擇基因的細(xì)胞偏向性表達(dá)模式表明，自然選擇在塑造駱駝和牛C1上皮細(xì)胞的特征。C1上皮的細(xì)胞類型具有保守性，且成纖維細(xì)胞是三種物種中形成C1上皮乳頭狀結(jié)構(gòu)差異的主要細(xì)胞類型。

圖2.?多室胃結(jié)構(gòu)細(xì)胞的跨物種比較分析

? 駱駝與牛對(duì)營(yíng)養(yǎng)吸收與代謝的偏好研究

為評(píng)估前胃特化對(duì)植物性飼料利用的影響，作者提取了駱駝和牛的小腸及肝臟單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行跨物種比較。

結(jié)果表明，駱駝肝細(xì)胞高表達(dá)脂酸代謝基因（如ACSL4、ACSL5、ACOX1）和PPAR信號(hào)通路相關(guān)基因，顯示出更強(qiáng)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存能力；而牛肝細(xì)胞則高表達(dá)藥物代謝和淀粉蔗糖代謝基因，可能更適應(yīng)飲食波動(dòng)及飼料中的外源性物質(zhì)處理。

在腸道方面，牛腸上皮細(xì)胞中有機(jī)鹽轉(zhuǎn)運(yùn)基因上調(diào)，利于吸收瘤胃微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸；駱駝腸細(xì)胞則高表達(dá)水通道蛋白基因，與其干旱適應(yīng)機(jī)制相符。這些發(fā)現(xiàn)共同表明，駱駝與牛在營(yíng)養(yǎng)吸收與代謝方面存在明顯差異，且駱駝肝臟在長(zhǎng)鏈脂肪酸代謝上更具優(yōu)勢(shì)，可能有助于避免過(guò)度脂肪沉積。

圖3. 駱駝與牛肝臟、小腸單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)比較

? 腎臟血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）異質(zhì)性分析

為探究與駱駝腎臟獨(dú)特功能相關(guān)的主要細(xì)胞類型及其分子特征，作者聚焦于駱駝腎臟的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鑒定出一類特殊的血管平滑肌細(xì)胞，并將其命名為S100A4+VSMCs。該細(xì)胞高表達(dá)血管緊張素II受體基因AGTR1，而收縮相關(guān)基因（如MYH11）表達(dá)較低。比較分析顯示，S100A4+VSMCs未在小鼠、豬、牛及人等哺乳動(dòng)物的腎臟中被發(fā)現(xiàn)，表明其可能為駱駝所特有。

作者進(jìn)一步采集駱駝腎臟組織進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，證實(shí)了S100A4+VSMCs在腎臟中的實(shí)際存在，并發(fā)現(xiàn)其主要分布于腎小球的入球與出球小動(dòng)脈區(qū)域。與典型的收縮型VSMCs相比，S100A4+VSMCs被預(yù)測(cè)具有更高的分化程度。通過(guò)受體?配體共定位分析，研究提示這兩類血管平滑肌細(xì)胞亞型之間存在直接相互作用，且可能通過(guò)DLK1?NOTCH3信號(hào)軸介導(dǎo)。S100A4+VSMCs可能通過(guò)調(diào)節(jié)腎小球入球與出球小動(dòng)脈對(duì)血管緊張素II的局部反應(yīng)，在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

圖4. 駱駝腎臟中S100A4+VSMCs的鑒定

研究總結(jié)

該研究構(gòu)建了駱駝與牛的多組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并提供了駱駝腎臟的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，為解析物種特異性生物學(xué)特征及其進(jìn)化歷程提供了重要資源?；谖?、腎臟及肝臟等關(guān)鍵消化代謝器官的跨物種比較，研究不僅驗(yàn)證了駱駝胃部的起源假說(shuō)，還揭示了特定細(xì)胞類型的基因表達(dá)變化如何幫助駱駝肝臟避免過(guò)度脂肪沉積。

此外，作者在駱駝腎臟中發(fā)現(xiàn)了一類新型血管平滑肌細(xì)胞，該細(xì)胞可能在腎臟適應(yīng)干旱、高鹽環(huán)境的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用。綜上所述，該研究從分子與細(xì)胞層面闡釋了駱駝適應(yīng)性進(jìn)化的內(nèi)在機(jī)制，為理解哺乳動(dòng)物器官系統(tǒng)的進(jìn)化與功能多樣化提供了新的視角。

該研究通過(guò)創(chuàng)新的數(shù)據(jù)整合方法，將深度單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)與空間基因表達(dá)數(shù)據(jù)相結(jié)合，首次實(shí)現(xiàn)了在大麥組織中以細(xì)胞分辨率解析超過(guò)40,000個(gè)基因的表達(dá)圖譜。該研究揭示了大麥從分生組織及器官起始細(xì)胞命運(yùn)決定到特定花器官起始過(guò)程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄事件與時(shí)空軌跡，闡明了大麥花序和花器官發(fā)育的遺傳調(diào)控基礎(chǔ)，為未來(lái)精準(zhǔn)定向改良大麥農(nóng)藝性狀提供了全新的研究工具和理論基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

研究背景

禾本科植物的花序是復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含一系列作為干細(xì)胞巢的分生組織。這些分生組織在身份和壽命上各不相同，產(chǎn)生分支或分裂形成最終產(chǎn)生種子的花分生組織。在分生組織內(nèi)部，特定的細(xì)胞類型由位置信息和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域性活性所決定。然而，目前的技術(shù)難以獲取基因表達(dá)譜的精確時(shí)空信息，從而限制了對(duì)這些局部微環(huán)境及復(fù)雜發(fā)育過(guò)程的理解。盡管已有一些單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可用于禾本科物種，但要推斷復(fù)雜組織內(nèi)細(xì)胞的起源和命運(yùn)，仍需依賴已知標(biāo)記基因的表達(dá)譜進(jìn)行間接推測(cè)。

研究結(jié)果

深度單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)

本研究首先通過(guò)深度單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）技術(shù)，分析了參考品種“Golden?Promise”在特定發(fā)育階段的營(yíng)養(yǎng)莖尖分生組織和幼穗細(xì)胞，獲得了超過(guò)16,000個(gè)高質(zhì)量單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組信息，出于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目紤]，通過(guò)比較完整組織和原生質(zhì)體組織的bulk?RNA-seq數(shù)據(jù)去除了原生質(zhì)體分離過(guò)程中誘導(dǎo)產(chǎn)生的差異基因，并鑒定出代表維管束、原套、內(nèi)體層和分裂細(xì)胞等不同譜系的細(xì)胞集群。

圖1. 大麥發(fā)育尖端的器官形成

空間基因表達(dá)數(shù)據(jù)

然后，研究進(jìn)一步通過(guò)高分辨率多重單分子RNA熒光原位雜交技術(shù)，在組織切片上以納米級(jí)精度定位和定量了86個(gè)已知或預(yù)測(cè)標(biāo)記基因的表達(dá)，并構(gòu)建了空間表達(dá)矩陣。最終，研究者開(kāi)發(fā)了一種定制化的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法，將空間有限的smRNA-FISH數(shù)據(jù)作為錨點(diǎn)，與全面的scRNA-seq數(shù)據(jù)集進(jìn)行整合，成功地預(yù)測(cè)了組織切片上所有48,904個(gè)大麥基因在每個(gè)細(xì)胞中的表達(dá)水平，并構(gòu)建了用戶友好的在線圖譜BARVISTA。這一系列工作說(shuō)明，整合單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)能夠以前所未有的時(shí)空分辨率重建大麥分生組織發(fā)育的動(dòng)態(tài)基因表達(dá)圖譜。

圖2. 植物SAM中原基形成和分生組織結(jié)構(gòu)的模型，以及發(fā)育中的花序示意圖

研究總結(jié)

該研究的核心意義在于成功開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種可靠的數(shù)據(jù)整合與插補(bǔ)策略，彌補(bǔ)了當(dāng)前空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)通量有限和單細(xì)胞測(cè)序缺乏空間信息的鴻溝。所構(gòu)建的BARVISTA在線數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬顯微切割工具，使研究人員能夠直觀地探索大麥發(fā)育過(guò)程中的基因表達(dá)模式，并精準(zhǔn)解析特定細(xì)胞群體的表達(dá)特征。這項(xiàng)成果不僅為深入理解植物分生組織維持、器官起始和花發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大框架，也為分子層面精準(zhǔn)表征復(fù)雜突變體表型、鑒定關(guān)鍵調(diào)控因子開(kāi)辟了新途徑。

以上內(nèi)容來(lái)源于iPlants，侵刪

糖尿病性血管病變是2型糖尿?。═2DM）的一種主要并發(fā)癥，其發(fā)病機(jī)制與血管功能障礙、代謝重編程以及氧化應(yīng)激有關(guān)。位于細(xì)胞核內(nèi)的NAD?依賴性去乙?；窼IRT6，因其通過(guò)組蛋白去乙酰化作用來(lái)調(diào)節(jié)心血管和代謝穩(wěn)態(tài)而受到關(guān)注。然而，T2DM中細(xì)胞質(zhì)SIRT6的積累及其功能和機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明：Ⅱ型糖尿病主動(dòng)脈經(jīng)歷了顯著的病理重塑，其特征是VSMС過(guò)度增殖、從收縮狀態(tài)向合成狀態(tài)的表型轉(zhuǎn)換以及遷移能力增強(qiáng)。

通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究確定蛋白去乙?；^(guò)程是導(dǎo)致糖尿病血管病變的重要誘因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用高糖高棕櫚酸處理血管平滑肌細(xì)胞后，SIRT6以Importin13（IPO13）的依賴方式從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位。糖酵解異常是糖尿病性血管病變的關(guān)鍵誘因。

該研究旨在探究細(xì)胞質(zhì)中的SIRT6是否對(duì)糖尿病性血管病變中的糖酵解過(guò)程起到調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示，SIRT6通過(guò)與ENO3（一種催化2-PGA轉(zhuǎn)化為PEP的關(guān)鍵糖酵解酶）相互作用，從而去乙酰化SIRT6，從而降低了其活性，進(jìn)而加劇了在高血糖和高血脂條件下發(fā)生的糖酵解重編程過(guò)程。

H?S是一種氣體信號(hào)分子，主要通過(guò)半胱氨酸殘基的巰基硫化修飾作用來(lái)調(diào)節(jié)底物蛋白的功能。研究發(fā)現(xiàn)H?S通過(guò)靶向SIRT6起到了改善糖酵解重編程的作用。在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，H?S對(duì)維持各種器官的生理功能至關(guān)重要，并且內(nèi)源性H?S水平與許多生物活動(dòng)相關(guān)，例如糖尿病和代謝失調(diào)。

在該研究中，H?S減緩了血管平滑肌細(xì)胞的增殖以及收縮合成表型的轉(zhuǎn)變。我們認(rèn)為其潛在機(jī)制可能涉及多種途徑。一方面，H?S減少了活性氧的生成；另一方面，它增強(qiáng)了SIRT6在C141位點(diǎn)的硫巰基化修飾。作者證實(shí)SIRT6保守活性中心的C141位點(diǎn)是H2S調(diào)節(jié)SIRT6功能的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

綜上所述，胞質(zhì)SIRT6通過(guò)促進(jìn)病理性糖酵解參與糖尿病血管重塑。其中SIRT6在Importin 13（IPO13）介導(dǎo)下由核轉(zhuǎn)位至胞質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)內(nèi)積聚的SIRT6與糖酵解關(guān)鍵酶烯醇化酶3（ENO3）發(fā)生直接相互作用，促進(jìn)ENO3去乙?；鰪?qiáng)下游磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）生成，從而誘導(dǎo)糖酵解重編程，最終導(dǎo)致糖尿病血管病變的病理性改變。此外，外源性硫化氫（H?S）通過(guò)誘導(dǎo)SIRT6第141位半胱氨酸發(fā)生S-巰基化修飾，阻斷SIRT6-ENO3相互作用，抑制病理性糖酵解并減輕VSMC過(guò)度增殖。該研究提出的SIRT6-ENO3信號(hào)軸通過(guò)調(diào)控血管糖酵解重編程參與糖尿病血管病變的發(fā)生發(fā)展，為靶向胞漿SIRT6作為糖尿病血管并發(fā)癥的潛在治療策略提供了新的理論依據(jù)。

總體而言，該研究通過(guò)整合多組學(xué)分析、動(dòng)物模型驗(yàn)證和細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)，全面揭示了細(xì)胞質(zhì)SIRT6-ENO3軸調(diào)節(jié)糖酵解重編程和VSMC增殖相關(guān)血管重塑的新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高血糖和高血脂通過(guò)氧化應(yīng)激和IPO13依賴的核輸出過(guò)程促進(jìn)SIRT6細(xì)胞質(zhì)易位，易位的SIRT6通過(guò)去乙?；疎NO3增強(qiáng)其酶活性，驅(qū)動(dòng)糖酵解重編程和血管平滑肌細(xì)胞異常增殖。更重要的是，外源性硫化氫通過(guò)恢復(fù)SIRT6第141位半胱氨酸的S-硫氫化修飾，抑制其細(xì)胞質(zhì)易位并減弱ENO3活性，從而改善糖尿病血管病變。

這項(xiàng)研究首次闡明了細(xì)胞質(zhì)SIRT6在糖尿病血管病變中的病理作用，為理解糖酵解重編程與血管重塑的分子聯(lián)系提供了重要理論依據(jù)。該發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對(duì)SIRT6功能多樣性的認(rèn)識(shí)，更為開(kāi)發(fā)針對(duì)糖尿病血管并發(fā)癥的新型治療策略開(kāi)辟了重要途徑。特別是硫化氫作為內(nèi)源性保護(hù)因子的作用機(jī)制解析，為臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了有力支撐，有望為改善糖尿病患者血管功能和預(yù)后帶來(lái)新希望。

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以上內(nèi)容來(lái)源于BioArtMED，侵刪

研究背景

胎生是脊椎動(dòng)物中廣泛存在的一種生殖策略，其特征為受精卵在母體內(nèi)發(fā)育，直至胚胎發(fā)育成熟后才被產(chǎn)出。與這一普遍模式形成鮮明對(duì)比的是，海馬科物種演化出了極為特殊的“雄性懷孕”現(xiàn)象，該獨(dú)特的生命史策略為研究動(dòng)物生殖系統(tǒng)的演化提供了重要窗口：功能性相似的生殖方式究竟源于趨同的分子機(jī)制，抑或是通過(guò)同源通路或全新的細(xì)胞調(diào)控路徑實(shí)現(xiàn)？盡管已有比較基因組學(xué)研究初步揭示了該生殖方式轉(zhuǎn)變的遺傳背景，然而相關(guān)基因在特定細(xì)胞類型中的表達(dá)模式及其演化軌跡仍不清楚。

在結(jié)構(gòu)上，海馬育兒袋與有袋類動(dòng)物的育兒袋具有一定相似性，并在功能上融合了羊膜動(dòng)物子宮與胎盤的特點(diǎn)。在雄性懷孕過(guò)程中，其育兒袋內(nèi)層組織發(fā)生顯著肥大與血管化，形成一種被稱為“偽胎盤”的結(jié)構(gòu)，可執(zhí)行氣體交換與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞等典型的胎盤功能。此外，海馬在進(jìn)化過(guò)程中丟失了?foxp3?基因——該基因在哺乳動(dòng)物中對(duì)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）的發(fā)育與功能維持具有核心作用，這一遺傳缺失也引發(fā)了對(duì)其在懷孕過(guò)程中免疫耐受機(jī)制的特殊適應(yīng)性的探討。

研究?jī)?nèi)容和結(jié)果

對(duì)海馬育兒袋7個(gè)發(fā)育階段進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，鑒定出14個(gè)細(xì)胞簇，分為四大主要細(xì)胞類型：上皮細(xì)胞（EPCs，9個(gè)簇）、成纖維細(xì)胞（FBs，2個(gè)簇）、免疫細(xì)胞（ICs，2個(gè)簇）和內(nèi)皮細(xì)胞（ENCs，1個(gè)簇）。細(xì)胞的空間分布對(duì)細(xì)胞間相互作用及其功能維持至關(guān)重要。

對(duì)妊娠早期胎盤囊進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（測(cè)序平臺(tái)BMKMANU?S1000）發(fā)現(xiàn)，EPCs在胎盤囊的三層結(jié)構(gòu)中均呈現(xiàn)高豐度。其中，EPCs-II（高表達(dá)C型凝集素）在外層富集，可能暗示其在早期聚集外部吸附物或抑制表皮細(xì)菌方面發(fā)揮作用。相比之下，EPCs-III（tfa+）和EPCs-IV（gata1+）在內(nèi)層富集，與“鐵穩(wěn)態(tài)”、“細(xì)胞遷移”及“血管發(fā)育”相關(guān)，其在雄性妊娠胎盤形成過(guò)程中可能參與侵襲和血管化過(guò)程。作為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的主要來(lái)源，F(xiàn)Bs存在于中間層，富集“膠原蛋白生成”，可能促進(jìn)胎盤囊結(jié)構(gòu)形成和組織重塑。ICs則分散于三層結(jié)構(gòu)中，調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)。

基于scRNA-seq，scATAC-seq，空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，作者發(fā)現(xiàn)了具有干細(xì)胞潛能的”育兒袋上皮祖細(xì)胞（BEPCs）”。研究顯示，該類細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中與膠原蛋白基因呈現(xiàn)協(xié)同表達(dá)，并受到雄激素信號(hào)的強(qiáng)烈驅(qū)動(dòng)。研究進(jìn)一步證實(shí)，外源性雄激素處理可誘導(dǎo)雌性海馬形成育兒袋結(jié)構(gòu)。由此，雄激素受體及其調(diào)控的育兒袋上皮祖細(xì)胞作為觸發(fā)育兒袋器官生成的關(guān)鍵起始因子。

圖1?細(xì)胞圖譜構(gòu)建

在雄性妊娠期間，海馬卵囊內(nèi)層會(huì)發(fā)生顯著的形態(tài)學(xué)改變并呈現(xiàn)肥大，形成類似胎盤的組織結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)變過(guò)程中，多個(gè)海馬特異性基因（如pastn1、sp-chia）在偽胎盤形成中起關(guān)鍵作用。作者發(fā)現(xiàn)EPC-I（muc15）、EPC-I（cxcl14）和EPC-IV在人類中與絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞（EVTs）及絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞（VCTs）具有高度相似的基因表達(dá)譜，海馬雄性妊娠和哺乳動(dòng)物常規(guī)雌性妊娠的胎盤形成過(guò)程，可能具有趨同的細(xì)胞機(jī)制和調(diào)控基礎(chǔ)。海馬缺乏foxp3基因（哺乳動(dòng)物中調(diào)控Treg細(xì)胞的關(guān)鍵基因），但可能通過(guò)其它免疫細(xì)胞（如cd4+il2rb+?Tregs?和巨噬細(xì)胞）維持對(duì)胚胎的免疫耐受。

圖2?海馬假胎盤形成與子宮重塑的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析圖譜

通過(guò)跨物種比較基因組學(xué)與單細(xì)胞多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，盡管存在物種特異性差異，海馬假胎盤中的多數(shù)細(xì)胞類型在轉(zhuǎn)錄組特征上高度近似于人類的滋養(yǎng)層細(xì)胞——后者在調(diào)控胎兒生長(zhǎng)及母體妊娠適應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中，EPCs-II型細(xì)胞兼具表皮分化特征與凝集素介導(dǎo)的黏附功能，其可能是卵囊演化起源的重要線索。

進(jìn)一步研究表明，海馬育兒袋與哺乳動(dòng)物子宮在細(xì)胞和遺傳層面具有顯著同源性。海馬與哺乳動(dòng)物生殖系統(tǒng)所呈現(xiàn)的趨同進(jìn)化現(xiàn)象，可能源于特定細(xì)胞類型通過(guò)趨同演化形成相似的轉(zhuǎn)錄特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)類似功能，最終推動(dòng)胎生機(jī)制的形成。

圖3?細(xì)胞類型進(jìn)化分析

研究總結(jié)

該研究通過(guò)細(xì)胞分子與發(fā)育生物學(xué)的多維度分析，深入解析其卵囊發(fā)育與妊娠過(guò)程中的細(xì)胞遺傳動(dòng)態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，卵囊形成的關(guān)鍵在于一種具有干細(xì)胞潛能的“育兒袋上皮祖細(xì)胞”群體。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，雄激素在卵囊形成中起主導(dǎo)作用。通過(guò)對(duì)其它動(dòng)物的對(duì)比研究，作者揭示了海馬雄性親代撫育的早期進(jìn)化機(jī)制，以及其細(xì)胞特征，存在與哺乳動(dòng)物胎生動(dòng)物相似的生命功能的趨同演化。

研究單位：西安交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)張保軍教授團(tuán)隊(duì)

期刊名：cellular & molecular immunology

影響因子：21.8

樣本類型：8-12周齡小鼠

文章采用技術(shù)：空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）

引言

在對(duì)抗感染和腫瘤的免疫戰(zhàn)場(chǎng)上，記憶?CD8+?T?細(xì)胞是守護(hù)機(jī)體的「長(zhǎng)效衛(wèi)士」，?它們能快速識(shí)別再次入侵的病原體或癌細(xì)胞，發(fā)動(dòng)強(qiáng)力攻擊。長(zhǎng)久以來(lái)，樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）被認(rèn)為是主導(dǎo)記憶?T?細(xì)胞分化的核心「指揮官」。研究人員通過(guò)整合單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄（BMKMANU?S1000）技術(shù)，揭示了單核細(xì)胞才是調(diào)控記憶?CD8+?T?細(xì)胞分化的關(guān)鍵「操盤手」，其奧秘藏在「細(xì)胞接觸」與「分子信號(hào)」的雙重機(jī)制中。其中BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺(tái)大放異彩，成為揭CCR2+單核細(xì)胞促進(jìn)記憶CD8+?T細(xì)胞分化的關(guān)鍵工具。

研究背景

CD8+?T細(xì)胞在適應(yīng)性免疫中扮演著關(guān)鍵角色，能夠保護(hù)機(jī)體免受病原體感染和消除惡性細(xì)胞。當(dāng)CD8+?T細(xì)胞識(shí)別到抗原后，會(huì)迅速增殖并分化為效應(yīng)CD8+?T細(xì)胞和記憶CD8+?T細(xì)胞。效應(yīng)CD8+?T細(xì)胞負(fù)責(zé)即時(shí)清除感染，而記憶CD8+?T細(xì)胞則提供長(zhǎng)期保護(hù)，能夠在再次遇到相同抗原時(shí)迅速啟動(dòng)免疫反應(yīng)。然而，單核細(xì)胞（monocytes）作為重要的髓系免疫細(xì)胞，雖在炎癥遷移中作用明確，但其是否直接參與T細(xì)胞分化尚無(wú)定論。

研究策略

動(dòng)物模型與樣本制備

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：優(yōu)先選擇8-12周齡的CD45.1+/CD45.2+及OT-I轉(zhuǎn)基因小鼠

樣本制備：脾臟單細(xì)胞懸液通過(guò)機(jī)械分離和紅細(xì)胞裂解（ACK緩沖液）制備

技術(shù)手段

• 流式細(xì)胞術(shù)分析

細(xì)胞分選：從感染LM-WT的小鼠脾臟中分選出cDCs、moDCs和單核細(xì)胞等抗原呈遞細(xì)胞（APCs）

細(xì)胞刺激與培養(yǎng)：將分選出的APCs與OVA肽段體外共孵育后，過(guò)繼轉(zhuǎn)移到已接受初始OT-I+?CD8+?T細(xì)胞的WT受體小鼠體內(nèi)，或與體外刺激的初始CD8+?T細(xì)胞共培養(yǎng)

表型檢測(cè)：通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)CD8+?T細(xì)胞的分化表型，包括記憶相關(guān)標(biāo)記物（如cKit、Sca1、Bcl6、TCF1和Eomes）的表達(dá)

• 空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)

樣本處理：對(duì)感染第0天和第5天的小鼠脾臟組織進(jìn)行切片，并進(jìn)行H&E染色以確定組織形態(tài)學(xué)特征

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析：利用BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)對(duì)脾臟切片進(jìn)行分析，揭示不同免疫細(xì)胞亞群在脾臟中的空間分布

數(shù)據(jù)整合：將scRNA-seq數(shù)據(jù)與空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過(guò)Seurat等工具的FindTransferAnchors和TransferData函數(shù)，將scRNA-seq中識(shí)別的細(xì)胞類型映射到空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)中，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞類型的空間定位

• 免疫熒光染色

樣本處理：對(duì)感染第0天和第5天的小鼠脾臟組織進(jìn)行切片，并進(jìn)行免疫熒光染色

抗體選擇：使用特異性抗體標(biāo)記CD8+?T細(xì)胞、單核細(xì)胞（CCR2+）、樹(shù)突狀細(xì)胞（CD11c+）等關(guān)鍵細(xì)胞類型

結(jié)果分析：通過(guò)顯微鏡觀察并拍攝染色切片，分析不同細(xì)胞類型在脾臟中的共定位關(guān)系

• 生物信息學(xué)分析

差異基因分析：利用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法，識(shí)別不同細(xì)胞亞群間的差異表達(dá)基因

通路富集分析：通過(guò)ClusterProfiler等工具對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行通路富集分析，揭示潛在的生物學(xué)過(guò)程

偽時(shí)間分析：利用Monocle3等工具構(gòu)建細(xì)胞分化軌跡的偽時(shí)間軸，分析CD8+?T細(xì)胞亞群在分化過(guò)程中的基因表達(dá)變化

研究結(jié)果

研究結(jié)果一：通過(guò)空間分辨轉(zhuǎn)錄組學(xué)繪制急性感染后脾組織的圖譜

為了研究免疫反應(yīng)過(guò)程中不同免疫細(xì)胞的空間分布和CD8+?T細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)機(jī)制，研究人員通過(guò)整合單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)，分析了急性感染模型中脾臟免疫細(xì)胞的空間分布與CD8??T細(xì)胞分化機(jī)制。實(shí)驗(yàn)采用OT-I轉(zhuǎn)基因小鼠模型，通過(guò)李斯特菌（LM-OVA）感染誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)包括：1）脾臟形成7個(gè)功能集群（B細(xì)胞、T細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞等）；2）感染后T/B細(xì)胞區(qū)擴(kuò)大，APCs（B細(xì)胞、DC、巨噬細(xì)胞）在T細(xì)胞區(qū)外圍聚集；3）空間重組與T細(xì)胞分化（MP/TE亞群）顯著相關(guān)。多組學(xué)整合揭示了免疫微環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制，為理解感染中細(xì)胞互作提供了多組學(xué)視角。

研究結(jié)果二：急性感染期間效應(yīng)和memoryCD8?T細(xì)胞分化軌跡不同

為了探索CD8+?T細(xì)胞分化的空間決定因素，特別是與近端細(xì)胞的相互作用，對(duì)于急性感染模型研究人員進(jìn)行了亞群分析、分化路徑分析和功能驗(yàn)證，結(jié)果表明在急性感染中，IFN反應(yīng)型CD8+?T細(xì)胞和CD8+MP?細(xì)胞之間分化軌跡的不同意味著，效應(yīng)和記憶CD8+?T細(xì)胞的命運(yùn)決定于免疫反應(yīng)的初始階段，而IFN應(yīng)答和MP?CD8+?T細(xì)胞分別是效應(yīng)和記憶CD8+?T細(xì)胞分化途徑的初始階段。

研究結(jié)果三：跨組織區(qū)域細(xì)胞亞群的鑒定和空間圖譜

為了研究脾臟免疫細(xì)胞在感染前后的動(dòng)態(tài)變化，研究人員通過(guò)整合單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)，進(jìn)一步鑒定了供體和受體脾臟中的免疫細(xì)胞群。結(jié)果顯示：①細(xì)胞組成：從1.6萬(wàn)細(xì)胞中鑒定出19類，包括CD8??T細(xì)胞亞群（如記憶前體和IFN反應(yīng)性細(xì)胞）及髓系細(xì)胞。②動(dòng)態(tài)變化：感染后第5天，T細(xì)胞區(qū)從以初始CD8+?T細(xì)胞為主轉(zhuǎn)為記憶前體和效應(yīng)細(xì)胞主導(dǎo)，且單核細(xì)胞取代DC成為主要浸潤(rùn)的髓系細(xì)胞。③功能提示：不同的APC和CD8+?T細(xì)胞之間的相互作用在免疫反應(yīng)和CD8+?T細(xì)胞的分化中起著重要作用。

研究結(jié)果四：?jiǎn)魏思?xì)胞和CD8+?MP細(xì)胞的抗原依賴性共定位

為了探索不同細(xì)胞類型之間潛在的細(xì)胞相互作用，研究人員通過(guò)評(píng)估特異性免疫細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)、免疫熒光染色及空間轉(zhuǎn)錄組分析，檢查了第0天和第5天脾臟中CD8+?T細(xì)胞和單核細(xì)胞的空間分布。結(jié)果顯示單核細(xì)胞和CD8+?MP細(xì)胞以抗原刺激依賴性的方式在空間上共定位，表明單核細(xì)胞可能對(duì)CD8+?MP細(xì)胞的分化有關(guān)鍵影響。

研究總結(jié)

CD8+T?細(xì)胞是適應(yīng)性免疫的重要執(zhí)行者；特別是記憶CD8+?T細(xì)胞對(duì)強(qiáng)效和長(zhǎng)期保護(hù)至關(guān)重要。CD8+?T細(xì)胞分化在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控機(jī)制已被廣泛研究。然而，人們對(duì)感染過(guò)程中效應(yīng)和記憶CD8+?T細(xì)胞分化的空間要求仍然知之甚少。研究人員通過(guò)整合BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組（ST）技術(shù)和scRNA-seq技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了記憶CD8+?T細(xì)胞分化的新機(jī)制，該機(jī)制涉及單核細(xì)胞和CD8+?MP細(xì)胞之間的解剖學(xué)鄰近性和TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)。該研究結(jié)果闡述了記憶CD8+?T細(xì)胞命運(yùn)決定的新機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)單核細(xì)胞作為關(guān)鍵的APC群體，通過(guò)細(xì)胞間接觸依賴的方式在感染過(guò)程中促進(jìn)記憶CD8+?T細(xì)胞的分化。

這是最早關(guān)于人類免疫學(xué)應(yīng)用的記錄。公元前?400?年，中國(guó)可能已有人痘苗接種預(yù)防天花的方法，到?16?世紀(jì)明朝隆慶年間，人痘接種法得到重大改進(jìn)并廣泛應(yīng)用，17?世紀(jì)傳入俄國(guó)、朝鮮、日本、土耳其和英國(guó)等國(guó)家，至18世紀(jì)末結(jié)束經(jīng)驗(yàn)免疫學(xué)時(shí)期，隨后免疫學(xué)又經(jīng)歷了經(jīng)典免疫學(xué)時(shí)期，近代免疫學(xué)時(shí)期，直到1965年/1968年?B細(xì)胞/T細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了現(xiàn)代免疫學(xué)時(shí)期。

隨著免疫學(xué)的逐步發(fā)展，免疫組學(xué)技術(shù)也隨之進(jìn)入了迅速發(fā)展的時(shí)期，先后發(fā)展出了標(biāo)記免疫組技術(shù)、免疫組化技術(shù)、Bulk?T/BCR測(cè)序技術(shù)以及近幾年興起的單細(xì)胞T/BCR測(cè)序技術(shù)，并帶動(dòng)了相關(guān)科學(xué)的進(jìn)步。

2017年，張澤民院士研究組，通過(guò)大規(guī)模單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)對(duì)肝癌相關(guān)T淋巴細(xì)胞進(jìn)行分析，首次在單細(xì)胞水平上描繪肝癌微環(huán)境中免疫細(xì)胞圖譜，發(fā)現(xiàn)了肝癌免疫療法的潛在靶點(diǎn)，也為我們從多角度系統(tǒng)性理解肝癌T淋巴細(xì)胞特征奠定了基礎(chǔ)。（2017，Cell，Landscape of Infiltrating T Cells in Liver Cancer Revealed by Single-Cell Sequencing）

2024年，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院樊嘉院士和高強(qiáng)教授、中國(guó)科學(xué)院上海免疫與感染研究所張曉明研究員、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院郭國(guó)驥教授合作在Science上發(fā)表了題為A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers的研究論文，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、 B細(xì)胞受體免疫組庫(kù)和表觀基因組的多組學(xué)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性地刻畫(huà)了腫瘤浸潤(rùn)性B細(xì)胞的異質(zhì)性、動(dòng)態(tài)分化和表觀調(diào)控機(jī)制。創(chuàng)新地揭示了腫瘤微環(huán)境中廣泛存在的EF應(yīng)答的癌種偏好性、空間定位特征、臨床意義及潛在的誘導(dǎo)調(diào)控機(jī)制。

但是，與逐漸成熟的單細(xì)胞T/BCR測(cè)序不同，空間T/BCR測(cè)序測(cè)序技術(shù)還一直未能有較好的測(cè)序技術(shù)產(chǎn)品去做支撐，成果尚少，現(xiàn)有的文章技術(shù)還局限于使用早期的低分辨率轉(zhuǎn)錄芯片為依托。成熟穩(wěn)定且高分辨率的空間T/BCR測(cè)序技術(shù)產(chǎn)品的缺乏限制了空間免疫組的研究。

百創(chuàng)空間全長(zhǎng)免疫組庫(kù)測(cè)序技術(shù)?BMKMANU?S3000-VDJ

2024年12月，百邁客生物智能制造以廣受市場(chǎng)好評(píng)的亞細(xì)胞級(jí)S系列空間轉(zhuǎn)錄組芯片為依托，開(kāi)發(fā)出了在原片上可同時(shí)捕獲3’端轉(zhuǎn)錄組信息以及全長(zhǎng)B細(xì)胞受體（BCR）和T細(xì)胞受體（TCR）序列的空間T/BCR測(cè)序技術(shù)產(chǎn)品—BMKMANU?S3000-VDJ?，將填補(bǔ)這一技術(shù)產(chǎn)品的缺口。

實(shí)測(cè)案例-某腫瘤-百創(chuàng)單細(xì)胞級(jí)空間免疫組結(jié)果

BMKMANU?S3000-VDJ?技術(shù)，使用新鮮OCT包埋樣本，在分辨率為3.5μm的芯片上同一張組織切片（10μm）實(shí)現(xiàn)3’端mRNA，以及全長(zhǎng)TCR/BCR的捕獲。利用百邁客生物智能制造獨(dú)有的圖像校準(zhǔn)及細(xì)胞分割技術(shù)，得到單細(xì)胞級(jí)分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)果及單細(xì)胞級(jí)分辨率的空間T/BCR數(shù)據(jù)。

BMKMANU?S3000-VDJ??技術(shù)路線

精準(zhǔn)空間細(xì)胞注釋

得到的單細(xì)胞級(jí)空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)果，可以進(jìn)行常規(guī)的空間轉(zhuǎn)錄組分析，并進(jìn)行精準(zhǔn)的細(xì)胞注釋。

精準(zhǔn)細(xì)胞注釋及T/B細(xì)胞的空間分布

T/B細(xì)胞的亞群定位

對(duì)于得到的T細(xì)胞及B細(xì)胞又可以繼續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的亞群分類，同時(shí)探討亞群之前的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系以及與表型之前的關(guān)系。

T/B Cells 亞群分類，亞群空間分布及亞群發(fā)育軌跡分析

TCR/BCR?空間分布以及豐度分析

TCR和BCR的豐度分析可以揭示免疫反應(yīng)的多樣性和動(dòng)態(tài)變化。例如，TCR的多樣性在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化，早期肝癌患者的TCR和BCR均勻性更高，而晚期患者則表現(xiàn)出較低的均勻性。此外，TCR和BCR的豐度變化也可以反映免疫細(xì)胞的激活狀態(tài)和克隆擴(kuò)增情況。

克隆型空間分布以及豐度分析

腫瘤樣本我們可以類比為一處具有復(fù)雜地貌的特殊地理環(huán)境，不同的環(huán)境造就了各種細(xì)胞的不同狀態(tài)，而T/B細(xì)胞在不同的“選擇壓力”下邊進(jìn)行了不同的“適應(yīng)性進(jìn)化”。對(duì)不同生態(tài)位的T/B細(xì)胞尤其是TCR/BCR進(jìn)行測(cè)定，有助于我們?nèi)ソ沂久庖呒?xì)胞的克隆起源和進(jìn)化過(guò)程。例如，通過(guò)分析TCR的VDJ重排，可以追蹤T細(xì)胞克隆的起源和擴(kuò)增過(guò)程。這種分析有助于理解免疫細(xì)胞在不同生理和病理狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化。

百創(chuàng)單細(xì)胞級(jí)空間全長(zhǎng)免疫組產(chǎn)品?BMKMANU?S3000-VDJ，將幫助科研者解決整個(gè)轉(zhuǎn)錄組和組織形態(tài)學(xué)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)人類腫瘤或其它病變組織中B細(xì)胞和T細(xì)胞克隆的高保真定位和空間譜系追蹤，將在一定程度上促進(jìn)對(duì)各種臨床相關(guān)現(xiàn)象（如感染、疫苗接種和癌癥）中淋巴細(xì)胞空間動(dòng)力學(xué)的理解。

百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

單細(xì)胞組學(xué)和時(shí)空組學(xué)是近年來(lái)生命科學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，它們?cè)诩?xì)胞異質(zhì)性解析、動(dòng)態(tài)過(guò)程研究和細(xì)胞間相互作用分析方面具有重要優(yōu)勢(shì)，為生命科學(xué)研究帶來(lái)了全新的視角和深度。水稻稻瘟病是世界上發(fā)生嚴(yán)重的真菌病害之一，水稻在面臨稻瘟菌侵染時(shí)會(huì)激活動(dòng)態(tài)免疫，因此挖掘水稻特異免疫基因?qū)τ诳沟疚敛【秩局陵P(guān)重要。

該研究對(duì)稻瘟菌接種后三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的樣品進(jìn)行了單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(圖1A)，同時(shí)對(duì)接種后的水稻葉片也進(jìn)了時(shí)空組測(cè)序(圖1B)。

圖1?水稻樣品單細(xì)胞及時(shí)空組測(cè)序流程圖

對(duì)測(cè)序獲得的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，結(jié)合細(xì)胞特異的標(biāo)志基因，AddModuleScore?軟件和GO富集分析等方法，對(duì)水稻的細(xì)胞類型進(jìn)行了分類注釋(圖2A)?；虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn)，維管細(xì)胞中的原形成層細(xì)胞在稻瘟菌侵染后高度誘導(dǎo)二萜類植保素合成代謝相關(guān)基因的表達(dá)，其中水稻關(guān)鍵植保素momilactone A合成被特異誘導(dǎo)(圖2B)，促進(jìn)了momilactone A在維管組織中積累，可能是抗稻瘟病的關(guān)鍵因素。相反，激素途徑和模式分子激發(fā)的免疫對(duì)抗病性貢獻(xiàn)較弱。

圖2?水稻單細(xì)胞測(cè)序結(jié)果及差異基因表達(dá)分析

共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果顯示，稻瘟菌孢子萌發(fā)后優(yōu)先靶向葉脈入侵，但是水稻的維管組織具有較強(qiáng)的免疫，稻瘟菌菌絲無(wú)法進(jìn)一步侵入(圖3A)。時(shí)空組測(cè)序結(jié)果顯示，富含亮氨酸重復(fù)序列的(NLR)免疫基因的表達(dá)在接種24小時(shí)后，葉尖部較葉基部具有更強(qiáng)的積累，表明免疫基因的表達(dá)具有極性的特征。綜上所述，該項(xiàng)研究揭示了水稻在稻瘟病菌侵染時(shí)免疫基因存在細(xì)胞特異性和多維(局部和縱向)的表達(dá)模式，為挖掘新的免疫基因提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)(圖3B)。

圖3 ?共聚焦顯微鏡觀察及時(shí)空組測(cè)序結(jié)果顯示水稻組織存在多維度的免疫

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該研究將空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)應(yīng)用于小麥籽粒發(fā)育研究，根據(jù)基因表達(dá)和位置信息詳細(xì)劃分細(xì)胞功能亞群，揭示了小麥籽粒發(fā)育過(guò)程的空間轉(zhuǎn)錄特征，繪制了小麥籽粒三維基因表達(dá)圖譜。

百邁客生物為該研究提供了空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

小麥（Triticum aestivum L.）是全球三大主糧作物之一，種植面積約2.3億公頃，其產(chǎn)量提升對(duì)保障全球糧食安全與營(yíng)養(yǎng)供給至關(guān)重要。小麥籽粒主要由三部分組成：二倍體胚、三倍體胚乳及果皮（種皮）。這些組織在發(fā)育過(guò)程中表現(xiàn)出顯著的基因表達(dá)時(shí)空特異性，形成功能分化的區(qū)室化結(jié)構(gòu)。盡管這些組織在細(xì)胞類型和生理功能上存在明顯差異，但它們通過(guò)協(xié)同調(diào)控構(gòu)建了獨(dú)特的籽粒發(fā)育微環(huán)境，共同決定籽粒的最終表型。然而，目前對(duì)籽粒細(xì)胞類型的認(rèn)知仍主要依賴于形態(tài)學(xué)觀察和少量標(biāo)記基因的表達(dá)分析，常規(guī)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)因缺乏空間分辨率，極大限制了對(duì)籽粒發(fā)育調(diào)控機(jī)制的深入解析及關(guān)鍵功能基因的挖掘。

為系統(tǒng)解析小麥籽粒發(fā)育的分子機(jī)制，該研究采用時(shí)空轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，構(gòu)建了籽粒在發(fā)育早期4 DAP、8 DAP和12 DAP的高分辨率基因表達(dá)圖譜，實(shí)現(xiàn)了近8萬(wàn)個(gè)基因的空間表達(dá)可視化，并鑒定了10個(gè)特征明確的細(xì)胞亞群及190個(gè)籽粒特異性標(biāo)記基因。研究發(fā)現(xiàn)，不同組織特異性基因（尤其是轉(zhuǎn)錄因子）呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)表達(dá)模式。通過(guò)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和順式調(diào)控元件分析，鑒定到一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子——轉(zhuǎn)錄因子TaABI3-B1，其在胚胎及胚乳周圍組織中特異性表達(dá)，并負(fù)向調(diào)控胚胎和籽粒大小。進(jìn)一步利用等位基因變異體和轉(zhuǎn)基因材料驗(yàn)證了TaABI3-B1在胚胎和胚乳發(fā)育中的關(guān)鍵作用。

該研究不僅為小麥籽粒發(fā)育提供了全面的時(shí)空轉(zhuǎn)錄組資源，還揭示了調(diào)控籽粒大小的新機(jī)制，為小麥分子設(shè)計(jì)育種和產(chǎn)量提升提供了重要理論依據(jù)。

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通過(guò)對(duì)多組學(xué)數(shù)據(jù)的深度整合分析，該研究全面探究了重要木本經(jīng)濟(jì)植物核桃（Juglans regia）及其近緣種在基因組層面的遺傳變異特征。同時(shí)，深入剖析了核桃果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄代謝調(diào)控機(jī)制，揭示了表觀遺傳修飾以及空間轉(zhuǎn)錄調(diào)控在其中的關(guān)鍵作用，并對(duì)相關(guān)候選基因的功能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。該研究為深入理解核桃果殼基因變異及其網(wǎng)絡(luò)遺傳調(diào)控機(jī)制提供了全新的視角和理論依據(jù)，為推動(dòng)核桃分子育種技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

百邁客生物為該研究提供了植物空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。

研究背景

核桃（Juglans regia）是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的堅(jiān)果油料樹(shù)種；其果實(shí)具有堅(jiān)硬的內(nèi)果皮/果殼以保護(hù)種子，這在其進(jìn)化過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而果殼厚度是核桃育種的一個(gè)重要性狀。然而，與核桃果殼發(fā)育相關(guān)的基因組景觀和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未得到系統(tǒng)的闡明。

研究?jī)?nèi)容

該研究組裝注釋了核桃品種“香玲”的高質(zhì)量基因組，并構(gòu)建了涵蓋八個(gè)胡桃屬物種的圖形結(jié)構(gòu)泛基因組，以揭示基因組水平上的遺傳變異。重新測(cè)序了285份樣本，揭示了其群體基因組景觀變異圖譜。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），研究發(fā)現(xiàn)了19個(gè)與核桃馴化和改良過(guò)程中受到選擇的268多個(gè)位點(diǎn)相關(guān)的基因座。

圖1-核桃比較基因組學(xué)與遺傳變異分析

圖2-核桃果殼/內(nèi)果皮十一個(gè)發(fā)育階段基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及動(dòng)態(tài)形態(tài)變化

通過(guò)對(duì)十一個(gè)發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、DNA甲基化和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)分析，揭示了多個(gè)與次生細(xì)胞生物合成和木質(zhì)素積累相關(guān)的候選基因，例如UGP、MYB308、MYB83、NAC043、NAC073、CCoAOMT1、CCoAOMT7、CHS2、CESA7、LAC7、COBL4和IRX12。在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中過(guò)表達(dá)JrUGP和JrMYB308驗(yàn)證了它們?cè)谀举|(zhì)素生物合成和細(xì)胞壁加厚中的作用。

研究結(jié)論

植物的果實(shí)特征，包括核桃（Juglans）的堅(jiān)硬內(nèi)果皮，在種子傳播、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和遺傳多樣性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其中殼厚對(duì)核桃的生產(chǎn)和育種有著顯著影響。綜合多組學(xué)分析探究了核桃殼厚度這一關(guān)鍵性狀以及與木質(zhì)素積累和細(xì)胞壁增厚相關(guān)的內(nèi)果皮發(fā)育，為木本作物的遺傳學(xué)和調(diào)控機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，助力基于基因組信息的改良育種策略。全面多組學(xué)研究結(jié)果為核桃的遺傳變異和內(nèi)果皮發(fā)育及果殼厚度的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控提供了新的見(jiàn)解，并為核桃品種改良的基因組信息育種策略提供了可能。

圖4-該研究主要發(fā)現(xiàn)概括模型

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