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农学动物如何进行细胞图谱研究？

基迪奥生物 · 公众号 · · 2024-09-16 10:59

正文

得益于单细胞组学技术的快速发展，在动植物、昆虫及水产等农学研究领域的细胞图谱类研究文章也越来越多，不仅能够揭示细胞异质性，也为我们理解其生物学特性、疾病机理、育种改良、细胞发育和分化等提供了新的视角和研究工具。

本期为大家分享部分优秀动物细胞图谱绘制文章，研究物种涉及食蟹猴、猪、非洲爪蟾、果蝇、兔、牛，以供各位老师思路参考。

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《5-7月前沿文章集锦》

· 全景细胞图谱绘制 ·

案例1

非人灵长类动物食蟹猴的单细胞转录组图谱

英文题目： Cell transcriptomic atlas of the non-human primate Macaca fascicularis

发表期刊： Nature

发表时间： 202204

影响因子： 50.5

物种样本： 食蟹猕猴，45种组织

文章组学： scRNA-seq，snRNA-seq，scATAC-seq

DOI： 10.1038/s41586-022-04587-3

研究非人灵长类动物（NHPs）的组织组成和功能对于理解我们自身物种的特性至关重要。在这里，作者呈现了一个大规模的细胞转录组图谱，涵盖了成年食蟹猕猴（ Macaca fascicularis ）45种组织的超过100万个细胞。该数据集提供了一个广泛的注释资源，用于研究与人类亲缘关系较近的物种。为了展示图谱的实用性，该研究重建了驱动全身Wnt信号的细胞间相互作用网络，绘制了引起人类传染病的病毒受体和共受体的分布图，并与人类遗传病直系同源物相交以建立潜在的临床关联。该食蟹猕猴细胞图谱为未来人类和NHPs的研究提供了一个必不可少的参考。

Fig1 在成年食蟹猕猴的45个组织中生成细胞图谱

案例2

单细胞分辨率下幼体和成年非洲爪蟾的细胞景观

英文题目： Cell landscape of larval and adult Xenopus laevis at single-cell resolution

发表期刊： Nat Commun

发表时间： 202206

影响因子： 14.7

物种样本： 非洲爪蟾，17种组织/跨4个发育阶段

文章组学： scRNA-seq

DOI： 10.1038/s41467-022-31949-2

单细胞测序的快速发展为解析动物细胞异质性提供了良好机会。已为包括人类、猕猴、小鼠和斑马鱼在内的脊椎动物构建了大量的单细胞图谱，然而连接哺乳动物和更古老脊椎动物的中间分类群仍缺失。该研究构建了第一个包括幼体和成年器官的非洲爪蟾细胞图谱。在脊椎动物中，包括鱼类、两栖动物和哺乳动物，已鉴定出常见的细胞谱系特异性转录因子。幼体和成年红细胞的比较确定了阶段特异性血红蛋白亚型，以及一种包含幼体和成体血红蛋白的共同集群类型，主要位于 NF59。此外，来自所有三个胚层的细胞谱系在变态过程中均表现出抗原处理和呈递，表明变态过程中存在共同的调控机制。总体而言，该研究为非洲爪蟾变态和成年器官的研究提供了大规模的资源。

Fig2 使用Microwell-seq构建非洲爪蟾单细胞景观

案例3

猪单细胞图谱揭示的内皮细胞异质性和小胶质细胞调控因子

英文题目： Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level

发表期刊： Nat Commun

发表时间： 202206

影响因子： 14.7

物种样本： 家猪，20个组织

文章组学： scRNA-seq，snRNA-seq

DOI： 10.1038/s41467-022-31388-z

猪是生物医学和遗传研究中有价值的大型动物模型，但对组织和细胞类型特异性转录组及异质性的认识仍然有限。通过单细胞RNA测序，生成了一个包含来自20个组织/器官的超过200,000个猪细胞的多器官单细胞转录组图谱。研究全面表征了组织中细胞的异质性，并鉴定出234个细胞群，代表58种主要细胞类型。对内皮细胞的深入集成分析揭示了高度的异质性，对猪和另外12个物种的小胶质细胞单细胞转录组的调控因子分析进一步鉴定了MEF2C作为小胶质细胞中进化上保守的调控因子。该项研究描述了猪不同器官中单细胞转录组图景，并确定了内皮细胞的异质性和小胶质细胞中进化保守的调控因子。

Fig3 猪20个组织的单细胞转录组图谱

案例4

果蝇成虫的单核转录组细胞图谱

英文题目： Fly Cell Atlas: A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult fruit fly

发表期刊： Science

发表时间： 202205

影响因子： 44.7

物种样本： 果蝇，15个组织

文章组学： snRNA-seq

DOI： 10.1126/science.abk2432

果蝇（ Drosophila melanogaster ）作为模式生物已经超过100年，是科学研究中最为广泛研究的物种之一。该研究呈现了一个成虫果蝇的单细胞图谱Tabula Drosophilae，它包括来自15个单独解剖的性别组织以及整个头部和身体的580,000个细胞核，注释了超过250种不同的细胞类型。作者深入分析了整个动物的细胞类型相关基因特征和转录因子标记，以及性二态性。对组织间常见细胞类型（如血液和肌肉细胞）的分析揭示了稀有细胞类型和组织特异性亚型。该图谱为果蝇群体提供了宝贵的资源，可作为以单细胞分辨率研究遗传扰动和疾病模型的参考。

Fig4 解剖组织的细胞类型注释

· 发育研究细胞图谱 ·

案例5

以单细胞分辨率观察灵长类动物的胚胎发育和早期器官形成

英文题目： Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution

发表期刊： Nature

发表时间： 202212

影响因子： 50.5

物种样本： 食蟹猕猴胚胎

文章组学： scRNA-seq

DOI： 10.1038/s41586-022-05526-y

由于非人灵长类动物与人类在进化上的密切关系，它们常被用作理解人类发育的替代模型，但目前缺乏活体数据集，特别是在原肠胚形成到早期器官发生，在此期间主要胚胎细胞类型是动态指定的。为了填补这一空白，作者收集了6个卡内基分期8-11期的食蟹猴胚胎，并对56,636个单细胞进行了深入的转录组分析。分析显示了主要原肠胚周围细胞类型的转录组学特征，这有助于阐明灵长类动物的形态发生事件。此外，对小鼠胚胎和人类胚状体的比较分析揭示了跨物种原肠胚周围发育的保守和不同特征，并为人类早期器官发生的相关干细胞模型提供了初步评估。这个全面的单细胞转录组图谱不仅填补了非人灵长类研究领域的知识空白，而且是了解人类胚胎发生和发育障碍的宝贵资源。

Fig5 CS8-11食蟹猴胚胎单细胞转录组图谱构建

案例6

作为单细胞比较基因组学模型的兔发育图谱

英文题目： An atlas of rabbit development as a model for single-cell comparative genomics

发表期刊： Nat Cell Biol

发表时间： 202306

影响因子： 17.3

物种样本： 兔胚胎

文章组学： scRNA-seq，scATAC-seq

DOI： 10.1038/s41556-023-01174-0

由于小鼠在早期胚胎发育中的许多方面，与其他哺乳动物不同，使关于人类发育的推断复杂化。而兔子的胚胎发育与人类胚胎一样是扁平层状圆盘。该研究构建了兔发育的形态学和分子图谱，报告了来自胚胎的180,000多个单细胞和高分辨率组织学切片的转录和染色质可及性图谱，涵盖了原肠胚形成、植入、羊膜发生和早期器官发生。利用邻近比较管道，在整个生物体的尺度上比较了兔子和小鼠的转录景观。

Fig6 兔原肠胚形成和早期器官发生的转录景观

案例7

牛围着床期发育的单细胞转录景观

英文题目： Single-cell transcriptional landscapes of bovine peri-implantation development

发表期刊： iScience

发表时间： 202405

影响因子： 4.6

物种样本： 牛围着床期胚胎

文章组学： scRNA-seq

DOI： 10.1016/j.isci.2024.109605

健康妊娠需要全面了解着床前期发育的分子和细胞程序。该研究展示了牛着床前期胚胎发育在受精后第12、14、16和18天的单细胞转录组，定义了牛着床前期胚胎中胚胎盘、下胚层和滋养层谱系的细胞组成和基因表达，并确定了牛着床前期谱系不同阶段的标记和通路信号。通过拟时分析，揭示了未知的原始滋养层细胞谱系。作者还描述了牛与其他哺乳动物在着床前期的保守与差异性谱系程序。最后，作者确定了细胞间通讯信号是胚胎和胚外细胞相互作用的基础，以确保正常的早期发育。这些数据为发现牛胚胎周围发育所必需的生物信号提供了基础信息。

Fig7 scRNA-seq分析牛胚胎植入前的发育过程

案例8

整合单细胞和空间转录组学揭示了早期猪皮肤发育的异质性和毛发基板形成亚群

英文题目： Integrating Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Heterogeneity of Early Pig Skin Development and a Subpopulation with Hair Placode Formation

发表期刊： Adv Sci (Weinh).

发表时间： 202404

影响因子： 14.3

物种样本： 正常和无毛胎猪皮肤，跨4个发育时期

文章组学： scRNA-seq，空间转录组

DOI： 10.1002/advs.202306703

农学动物如何进行细胞图谱研究？

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