本次為各位老師帶來華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新教授團(tuán)隊(duì)在Plant Journal中發(fā)表的研究論文，題目為“Adventitious embryonic causal gene FhRWP?regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction”，該文章利用ATAC-seq和轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，探究了柑橘中無性繁殖現(xiàn)象——不定胚發(fā)生的機(jī)制。百邁客生物為該研究提供了ATAC-seq測(cè)序服務(wù)。
研究背景
植物的再生和發(fā)育是一個(gè)關(guān)鍵的過程，涉及從組織、器官、愈傷組織甚至具有多能性或多能性的單個(gè)細(xì)胞中重建整個(gè)植物，并通過復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)化，深入了解植物的再生和發(fā)育，對(duì)于設(shè)計(jì)提高作物再生效率的分子工具至關(guān)重要。
不定胚直接從獲得胚性命運(yùn)的珠心組織細(xì)胞亞群發(fā)育而來，作為有性生殖的替代品，在柑橘和芒果等少數(shù)植物中已有報(bào)道，因此，對(duì)不定胚胎發(fā)生的研究可以為植物再生和發(fā)育的遺傳機(jī)制提供獨(dú)特的視角；由于缺乏合適的遺傳系統(tǒng)來探索潛在機(jī)制，我們對(duì)不定胚和再生之間關(guān)系的理解非常有限，在植物再生工程應(yīng)用中，目前已有部分基因被鑒定并用于促進(jìn)植物再生，從而克服了與物種相關(guān)的局限性，F(xiàn)hRWP的功能和不定胚的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)仍在很大程度上未被了解，已有研究提出，染色質(zhì)重塑復(fù)合體亞基?被認(rèn)為能夠誘導(dǎo)FhRWP的高表達(dá)，該研究通過整合轉(zhuǎn)錄組與染色質(zhì)開放圖景數(shù)據(jù)闡明了FhRWP表達(dá)與其表觀遺傳調(diào)控之間的調(diào)控關(guān)系。
材料及方法
材料：單胚基因型和多胚基因型山橘胚珠、腋芽、幼葉及胚源性愈傷組織等；
方法：ATAC+轉(zhuǎn)錄組+重測(cè)序+激素檢測(cè)等
研究結(jié)果
1.多胚山橘的開放性染色質(zhì)
為了揭示來自珠粒細(xì)胞的外胚的重編程模式，作者采用ATAC-seq分析了多胚（PO）及單胚（MO）基因型山橘后胚的胚珠的全基因組染色質(zhì)可及性，結(jié)果表明，PO特異性開放染色質(zhì)區(qū)域（ACRs）基因參與了次級(jí)代謝過程、生長正調(diào)控、細(xì)胞分化和正向調(diào)控細(xì)胞生長。
先前的研究表明，一個(gè)顯性基因FhRWP決定了與微型倒重復(fù)轉(zhuǎn)座因子（MITE）插入相關(guān)的不定胚胎的啟動(dòng)，在PO基因型中FhRWP的啟動(dòng)子區(qū)中鑒定到了特異性ACR，而Mo基因型中不含ACR，該ACR與FhRWP啟動(dòng)子區(qū)域的MITE序列重疊，即MITE序列被FhARID1蛋白結(jié)合，這可能是染色質(zhì)重塑復(fù)合體的一個(gè)亞基，這些結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP是可及染色質(zhì)的決定因素，參與不定胚胎發(fā)育，與MITE的插入有關(guān)。
山橘基因組中與組織再生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生相關(guān)的hub基因，研究結(jié)果表明，與組織再生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生相關(guān)的hub基因，有12個(gè)ACRs特異性轉(zhuǎn)錄因子在PO和Mo基因型柑橘品種之間存在差異表達(dá)，WUSCHEL（WUS）基因是干細(xì)胞維持的關(guān)鍵調(diào)控因子，在PO基因型柑橘中表達(dá)上調(diào)。FhKRP7kip相關(guān)蛋白（KRP）基因編碼一種細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（CKI），是細(xì)胞分裂的負(fù)調(diào)控因子。而FhKRP在PO基因型中下調(diào)了0.59倍?？偟膩碚f，分析顯示，多胚胎基因型可能具有更大的染色質(zhì)可及性區(qū)域，促進(jìn)植物重編程通路相關(guān)基因來調(diào)控不定胚的形成。
2.FhRWP基因的基因編輯結(jié)果展示其在不定胚發(fā)生中的作用
FhRWP基因在胚囊中的表達(dá)是特異性和短暫的，可以從受精前7天開始追蹤，直到后10天，作者采用RNAi方法構(gòu)建了6個(gè)干擾系，發(fā)現(xiàn)FhRWP在6個(gè)干擾系中的表達(dá)量相比PO系顯著降低，但顯著高于Mo基因型，且FhRWP表達(dá)量降低后不定胚數(shù)量也都減少了，這些結(jié)果提示，受FhRWP控制的不定胚表型可能與基因表達(dá)的劑量效應(yīng)有關(guān)。
作者之前的研究顯示的雜合子插入MITE啟動(dòng)子區(qū)域和一個(gè)FhRWP的CDS序列區(qū)域SNP（C-G），導(dǎo)致這個(gè)基因的分裂成兩個(gè)單倍型，M等位基因（MITE）和P等位基因（沒有MITE）。根據(jù)Mo和PO腋芽的轉(zhuǎn)錄組結(jié)果，作者發(fā)現(xiàn)PO中RWP轉(zhuǎn)錄本高表達(dá)P等位基因，而Mo中M等位基因表達(dá)較小，于是作者構(gòu)建了CRISPR/Cas9載體，以敲除FhRWP，結(jié)果表明，插入MITE可以通過促進(jìn)含有MITE的P等位基因的表達(dá)，同時(shí)減少不插入MITE的M等位基因的表達(dá)，從而改變?cè)摶虻谋磉_(dá)模式。雖然FhRWP在ko-47-1和ko-47-2中的FhRWP的表達(dá)下降到與Mo一致的水平，但P等位基因突變導(dǎo)致的過早終止導(dǎo)致了FhRWP功能的喪失，因此，ko-47-1和ko-47-2植株表現(xiàn)出新的表型，如生長遲緩和花芽分化失敗。
此外，對(duì)對(duì)照和轉(zhuǎn)基因株系的腋芽進(jìn)行差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，這些基因在確定植物器官特性和植物器官形成等過程中存在明顯的富集，與開花相關(guān)的FT/TFL1基因家族的表達(dá)也存在差異；此外，有研究表明CEN促進(jìn)了芽的休眠作用，通過酵母單雜交，發(fā)現(xiàn)FhRWP直接調(diào)控FhCEN的啟動(dòng)子區(qū)域。
柑橘胚愈傷組織的誘導(dǎo)具有明顯的基因型依賴性，作者在Mo基因型山橘中過表達(dá)FhRWP的P等位基因CDS，檢測(cè)到GFP的植株胚胎愈傷組織增長迅速。qRT-PCR顯示FhRWP表達(dá)高度上調(diào)，細(xì)胞分裂素、ABA和水楊酸激素水平有顯著變化，而生長素和赤霉素水平則無顯著性差異，F(xiàn)hRWP的過表達(dá)有助于Mo基因型山橘莖段上胚胎愈傷組織的形成。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果顯示，WUS和CLV1等再生途徑相關(guān)的低豐度基因表達(dá)上調(diào)，在OE-FhRWP愈傷組織中，WUS與CLV1表達(dá)量增加，與激素分析結(jié)果一致，與ABA和細(xì)胞分裂素合成途徑相關(guān)的基因，包括IPT、CKK、AHK、PYL的表達(dá)存在顯著差異。
3.FhRWP在柑橘多種組織繁殖中的多效性
多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP在協(xié)調(diào)細(xì)胞命運(yùn)和啟動(dòng)植物再生和繁殖過程中起著關(guān)鍵作用，因此，該研究對(duì)腋芽MO/PO胚珠的表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合的轉(zhuǎn)錄組分析。差異基因在花器官發(fā)生和繁殖相關(guān)的生物過程顯著富集，其中來自MADS和WOX等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhWUS和FhAGL6，均顯著富集，在過表達(dá)的愈傷組織中，共鑒定出354個(gè)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，GO注釋顯示與胚胎后發(fā)育和再生相關(guān)的過程顯著相關(guān)。值得注意的是，屬于GRF和TALE等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhAHT1和FhGRF1，表現(xiàn)出顯著的富集，這些基因已被廣泛報(bào)道參與光形態(tài)建成、葉片發(fā)育等信號(hào)通路。
同時(shí)，作者在Mo和PO胚珠中發(fā)現(xiàn)了56個(gè)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，它們與分生組織維持和胚胎后發(fā)育相關(guān)的過程顯著相關(guān)，其中，來自NAC、NAC等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhNAC等轉(zhuǎn)錄因子顯著富集。此外，還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)與柑橘核細(xì)胞胚發(fā)育密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子FhC2H2，這些基因參與了傷口的愈合、再生和繁殖，研究結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP可能是一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控樞紐，通過調(diào)節(jié)下游轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和影響各種組織來影響植物的再生。
思路發(fā)散
該研究從ATAC-seq入手，先從特異性及差異開放區(qū)域相關(guān)基因中篩選出來部分目的基因，再結(jié)合轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)以及大量基因編輯逐步完善FhRWP調(diào)節(jié)柑橘繁殖中的多效性，與直接從轉(zhuǎn)錄組入手篩選基因相比，初篩的基因范圍可能會(huì)更小，更利于進(jìn)一步鎖定關(guān)鍵基因，為后續(xù)其他研究提供了新的思路。
]]>參考文獻(xiàn)：
Song X, Wang N, Zhou Y, Tian X, Xie Z, Chai L, Wu X, Xu Q, Zhang F, Ye J, Deng X. Adventitious embryonic causal gene FhRWP regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction. Plant J. 2024 Aug;119(3):1494-1507. doi: 10.1111/tpj.16870. Epub 2024 Jun 16.
英文標(biāo)題：Haplotype‐resolved genome of a papeda provides insights into the geographical origin and evolution of Citrus
發(fā)表期刊：Journal of Integrative Plant Biology
影響因子：9.3
合作單位：西南大學(xué)柑桔研究所等
百邁客生物為該研究提供了基因組測(cè)序及組裝等相關(guān)工作。
研究背景
柑橘是世界上種植最廣泛的水果之一，目前在140多個(gè)國家和地區(qū)種植。雖然過去的二十年里柑橘植物的種群結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性已被調(diào)查，但由于其豐富的資源類型和雜交頻繁，許多柑橘物種的起源和進(jìn)化仍不清楚。野生柑橘物種和原始柑橘保存了豐富的遺傳資源和遺傳多樣性，可用于闡明柑橘物種的起源和進(jìn)化。2015年，在西雙版納發(fā)現(xiàn)一棵200多年的野生柑橘樹大翼葉柑橘（DYC002），被認(rèn)為是研究柑橘進(jìn)化及苦味馴化的很好材料。
研究方法
DYC002單倍型基因組組裝：PacBio HiFi 180×；llumina 75×；HIC 134×
群體進(jìn)化研究：378份具有代表性的材料進(jìn)行全基因組重測(cè)序分析；平均測(cè)序深度32.6×
DYC002轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：幼葉、莖、花、小果和根（3個(gè)生物學(xué)重復(fù)）
研究結(jié)果
作者利用53.7G PacBio HiFi、22.6G illumina reads和40.1G Hi-Creads，首先組裝出318.71 Mbp大小的contig版本基因組，contig N50為2.48 M，接著利用HIC數(shù)據(jù)將contig 掛載到染色體上，得到得到294 Mbp的基因組，BUSCO評(píng)估完整性大于98%，LTR組裝指數(shù)（LAI）得分高達(dá)21.1，測(cè)序數(shù)據(jù)回比率為97.43%，進(jìn)一步支持了組裝的完整性。最后對(duì)DYC002基因組注釋，共注釋到34,652個(gè)蛋白編碼基因和215,693個(gè)重復(fù)序列。重復(fù)序列多為LTR，尤其是Gypsy LTR和Copia LTR，占組裝基因組的23.62%。比較基因組發(fā)現(xiàn)DYC002有191個(gè)基因家族正在快速進(jìn)化。GO富集分析表明，這些快速進(jìn)化的基因主要富集于萜烯合酶活性、倍半萜合酶活性、（4S）-檸檬烯合酶活性、(E)-檸檬烯合酶活性、葡萄糖苷酶活性和-葡萄糖苷酶活性等功能，表明DYC002在進(jìn)化過程中香氣和風(fēng)味發(fā)生了顯著變化。
圖1-比較基因組分析
利用CCS數(shù)據(jù)和HIC數(shù)據(jù)，作者組裝出DYC002的兩套單倍型基因組，長度分別為294和300 Mbp，注釋的基因數(shù)量分別為28000和27785個(gè)；BUSCO完整度分別為97.39%和97.33%。通過比較分析，兩單倍型基因組間存在175萬個(gè)SNPs，303,686個(gè)Indels，轉(zhuǎn)錄組分析表明，兩個(gè)單倍型中等位基因的表達(dá)高度一致。葉片中等位基因特異性表達(dá)基因（ASEGs）數(shù)量最高，而花中數(shù)量最低。在單倍型1和單倍型2的組裝中分別發(fā)現(xiàn)了535個(gè)和499個(gè)單倍型特異性基因。
圖2-單倍型基因組比較分析
為了說明柑橘物種的進(jìn)化歷史，作者從378份具有代表性的柑橘材料中獲得了基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)，利用核基因組SNPs進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)育分析，除了莽山野柑，柑橘屬可分為兩個(gè)進(jìn)化支，一支以寬皮柑橘、宜昌橙、香橙、甜橙等為代表，另一支包括大翼橙、澳指檬、澳沙檬、枸櫞、紅河大翼橙、柚、酸橙等。推測(cè)柑橘屬植物從起源中心朝東南亞和中國東部?jī)蓚€(gè)方向進(jìn)行演化和傳播。選擇性清除分析表明，苦味在柑橘馴化過程中具有較高的選擇，共鑒定出672個(gè)選擇性掃描區(qū)，一些參與類檸檬苦素和類黃酮生物合成的4-香豆酸-CoA連接酶、糖苷轉(zhuǎn)移酶受到選擇。
圖3-群體進(jìn)化分析
研究總結(jié)
高質(zhì)量基因組的發(fā)表對(duì)了解柑橘發(fā)揮重要作用。然而，由于其復(fù)雜的遺傳背景，許多柑橘物種的起源和進(jìn)化仍不清楚。作者從頭組裝了DYC002的294mbp染色體水平的基因組，對(duì)兩個(gè)單倍型基因組比較，發(fā)現(xiàn)了1.2%的基因組內(nèi)變異，包括175 萬個(gè)SNPs，149,471個(gè)插入和154,215個(gè)缺失。以該基因組為參考，對(duì)378份具有代表性的柑橘材料進(jìn)行了重測(cè)序和系統(tǒng)發(fā)育分析，作者研究柑橘屬可分為兩個(gè)進(jìn)化支，證實(shí)了柑橘核心種的主要起源中心是華南地區(qū)，特別是喜馬拉雅-橫斷山脈。該研究為了解柑橘品種的起源和進(jìn)化提供了新的視角，并可能為柑橘育種和改良提供有價(jià)值的基因組資源。
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文章題目：T2T?genome,?pan-genome?analysis?and?heat?stress response?genes?in?Rhododendron?species
發(fā)表期刊：iMeta
影響因子：23.8
合作單位：貴州大學(xué)，華北理工大學(xué)
百邁客生物為此項(xiàng)研究提供基因組測(cè)序及部分分析服務(wù)。
研究亮點(diǎn)：
① 該研究首次報(bào)道了具有13條染色體的高質(zhì)量端粒到端粒（T2T）的百合杜鵑基因組；
② 基于15個(gè)杜鵑屬植物基因組，對(duì)杜鵑屬植物進(jìn)行了泛基因組分析；
③ 結(jié)合基因組測(cè)序和全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，鑒定了幾個(gè)與熱脅迫相關(guān)的關(guān)鍵基因和miRNA，為杜鵑屬植物的比較基因組學(xué)和功能基因組學(xué)研究提供了豐富的資源。
研究背景
杜鵑花屬于杜鵑花科，是木本植物中最大的屬之一。全世界大約有1000種杜鵑花，中國是重要的分布中心。它們?cè)谙柴R拉雅-橫斷山脈經(jīng)歷了進(jìn)化輻射，橫斷山脈是世界生物多樣性的熱點(diǎn)。杜鵑花屬植物因其觀賞價(jià)值而在園藝中占有重要地位。全球氣候變化導(dǎo)致溫度升高，而熱脅迫會(huì)影響植物的生長發(fā)育。然而，杜鵑花植物通常適應(yīng)較冷的氣候。利用多組學(xué)分析和分子生物學(xué)技術(shù)研究杜鵑花對(duì)高溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)選育耐熱品種、擴(kuò)大杜鵑花栽培范圍具有重要意義。
材料及方法
T2T基因組組裝：Rhododendron liliiflorum
泛基因組分析：4個(gè)本次組裝的基因組+11個(gè)已報(bào)到的杜鵑屬基因組
全轉(zhuǎn)錄組：CK熱處理、熱處理3天（H3）和6天（H6）條件下進(jìn)行了全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序
兩對(duì)具有代表性的miRNAs和相關(guān)靶基因進(jìn)行功能驗(yàn)證。
研究結(jié)果
1.杜鵑屬植物基因組測(cè)序、組裝與評(píng)價(jià)
該研究通過PacBio HiFi、Oxford Nanopore Technology（ONT）、Illumina和Hi-C技術(shù)（圖1A，表S1-6）對(duì)四種杜鵑花植物（Rhododendron liliiflorum、Rhododendron decorum、Rhododendron platypodum和Rhododendron concinnum）進(jìn)行從頭基因組測(cè)序。通過K-mer估算的R. liliiflorum、R. decorum、R. platypodum和R. concinnum的基因組大小分別為759.08 Mb、581.05 Mb、593.47 Mb和1356.22 Mb，并通過流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證（表S1，圖1B）。
作者發(fā)現(xiàn)，R. concinnum的基因組幾乎是其他三個(gè)物種的兩倍大。因此，作者們利用流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)一步分析了染色體核型，首次發(fā)現(xiàn)R. concinnum為四倍體，核型為2n=4x=52，與其他三個(gè)二倍體物種（2n=2x=26）有明顯差異（圖1C，表S1）。
4個(gè)物種的基因組大小分別為793.25 Mb、649.87 Mb、652.27 Mb和1321.11 Mb（表S1）。經(jīng)Hi-C檢測(cè)，4個(gè)種的染色體錨定率均在97.90%以上（圖1D，表S5）。作者獲得了4個(gè)高質(zhì)量的組裝基因組，支架N50大于48.68 Mb。核心真核基因作圖法（CEGMA）值從95.63%到99.56%，基準(zhǔn)通用單拷貝同源序列（BUSCO）值從96.65%到97.34%，讀取作圖率超過99.40%（表S7）。
最重要的是，作者獲得了一個(gè)高質(zhì)量的R. liliiflorumT2T基因組，該基因組由13條染色體組成，檢測(cè)到24個(gè)端粒和13個(gè)著絲粒（圖S1A，表S8-11）。其中11條染色體在端粒與端粒之間沒有間隙，另外2條染色體只有一個(gè)間隙。百合杜鵑花基因組的重疊群N50大于58.56MB，大于以往大多數(shù)杜鵑基因組的重疊群N50。采用BUSCO軟件對(duì)基因組完整性進(jìn)行評(píng)估（96.65%），基因組一致性質(zhì)量值（QV）為43.71（表S1）。基因組LTR組裝指數(shù)（LAI）值為21.15（圖S1B），表明已達(dá)到最高質(zhì)量水平（LAI≥20）。
重復(fù)序列占4個(gè)基因組的49.10%以上，以長末端重復(fù)序列（LTRs）最多（圖1E，表S11）。在這四個(gè)基因組中，共預(yù)測(cè)到41406、41084、40556和83203個(gè)基因（表S12）。檢測(cè)到超過97.15%的BUSCO基因，說明預(yù)測(cè)的完整性較高（表S13）。NR、eggNOG、GO、KEGG、TrEMBL、KOG、Swissprot和Pfam數(shù)據(jù)庫對(duì)92.16%以上的基因進(jìn)行了注釋（表S14）。共檢測(cè)到2355、4862、2852和9511個(gè)非編碼RNA（表S15）。
2.15個(gè)杜鵑屬植物泛基因組分析
杜鵑屬植物以其多樣的花朵展示而聞名，近年來，隨著第一個(gè)R. delavayi基因組的公布，一些基因組被解碼，引起了科學(xué)界的高度關(guān)注。報(bào)道了幾種杜鵑屬植物的基因組，如R. griersonianum、R. Henanense、R. Irroratum、R. kiyosumense、R. Ripense、R. Vialii、R. nivale和R. williamsianum。這些基因組為泛基因組研究奠定了基礎(chǔ)。基于這四個(gè)高質(zhì)量基因組以及11個(gè)先前發(fā)表的基因組，對(duì)杜鵑屬植物進(jìn)行了泛基因組分析（圖1F，表S16）。選擇T2T水平的R. liliiflorum基因組作為參考。該泛基因組通過添加394.57?Mb和14424個(gè)基因，擴(kuò)展了T2T水平的R. liliiflorum基因組。15個(gè)物種的基因家族數(shù)量為45731個(gè)，包括5734個(gè)核心基因家族、37027個(gè)可有可無的基因家族和2970個(gè)私有基因家族（圖1G、圖S2A、表S17）。利用打亂圖分析了15個(gè)物種間基因家族共享與唯一性的關(guān)系。最后，作者基于聚類分析構(gòu)建了基因家族存在與否的分布圖（圖1H）。在2970個(gè)私有基因家族中，R.irroratum（1705）的物種特異性基因最多（表S17，圖S2B）。功能富集分析表明，“倍半萜和三萜生物合成”和“亞油酸代謝”途徑顯著富集（圖S3）。共鑒定出121185個(gè)核心基因，R. ovatum基因組的數(shù)量最多（9847）（圖S2B）。功能富集分析表明，與花的顏色和香味相關(guān)的基因途徑顯著富集，如檸檬烯和蒎烯降解（圖S4）。
3.15個(gè)杜鵑屬植物基因組的變異分析
基于以T2T基因組為參考的泛基因組分析，作者對(duì)杜鵑花的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）、插入和缺失（InDels）以及結(jié)構(gòu)變異（SVs）等變異進(jìn)行了全面鑒定（圖1I-L，圖S5）。四倍體R. concinnum具有最多的SNP（1876446）和InDels（447281）（圖1I，表S18-19）。功能富集分析表明，含有SNPs和InDels的基因在“碳代謝”和“氨基酸生物合成”途徑中顯著富集。R. concinnum的SV數(shù)量最多，達(dá)到7694（表S20）。同時(shí)，作者進(jìn)一步將SVs細(xì)分為重復(fù)（DUP）、易位（TRANS）和反轉(zhuǎn)（INV），發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)杜鵑屬植物中，前者的數(shù)量超過后者（圖S6-7）。SVs基因與SNPs或InDels基因相比表現(xiàn)出明顯的模式，主要集中在RNA聚合酶和mRNA監(jiān)控途徑上。
4.15個(gè)杜鵑花基因組的LTR分析
該研究在15個(gè)杜鵑屬物種的全基因組中鑒定了70759個(gè)LTR，其中R. griersonianum基因組的LTR數(shù)量最多（7323）（表S21）。作者發(fā)現(xiàn)，在過去的一百萬年中，大多數(shù)杜鵑花物種只經(jīng)歷了一次插入事件的爆發(fā)，而R. delavayi、R. molle和R. williamsianum經(jīng)歷了兩次插入事件的爆發(fā)。兩個(gè)事件分別發(fā)生在1.53mya和2.94mya。作者對(duì)15個(gè)物種的LTR進(jìn)行聚類，得到每個(gè)聚類中的共享LTR。結(jié)果表明，共有2622個(gè)LTR聚類，其中R. platypodum最多（531個(gè)）。R. liliiflorum中特異性LTRs數(shù)量最多（109個(gè)），而R. williamsianum中未發(fā)現(xiàn)物種特異性LTRs。聚類圖顯示，R.williamsianum與其他物種共享LTR的比例最高（圖1M）。此外，LTR在染色體中部的分布密度大于兩端（圖1N）。
5.15個(gè)杜鵑屬植物基因組的共線性分析
通過共線性分析，研究發(fā)現(xiàn)15個(gè)杜鵑基因組普遍表現(xiàn)出良好的共線性（圖1O）。共線性區(qū)組數(shù)從336個(gè)（R. henanense?vs?R. delavayi）到692個(gè)（R. irroratum?vs?R. prattii）。此外，還發(fā)現(xiàn)了一些基因組轉(zhuǎn)座現(xiàn)象，如R. ovatum7號(hào)染色體的末端區(qū)域與R. simsii和R. henanense。
圖 1. 4種杜鵑屬及11種已發(fā)表杜鵑屬植物的基因組分析 （A）四種杜鵑花的開花照片；（B）通過k-mer進(jìn)行基因組調(diào)查。（C）流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)染色體核型；（D）基因組組裝的Hi-C接觸圖；（E）轉(zhuǎn)座子、SSR、基因密度和GC含量在染色體上的分布；（F）核心（紅色）和非核心（藍(lán)色）基因家族數(shù)量趨勢(shì)圖；（G）核心集群、可有可無集群和私有集群的家族數(shù)量；（H）核心、可有可無和私有集群的存在和缺失分析；（I）百合杜鵑花基因組中基因密度、SNP和InDel變異的分布情況；（J-L）以T2T基因組為參照，研究了端粒紅豆杉、鴨嘴獸和短柄紅豆杉基因組的同源性和重排；（M）兩個(gè)物種之間共享LTR的比例（Rconc:?R. concinnum; Rdeco:?R. decorum; Rdela:?R. delavayi; Rgrie:?R. griersonianum; Rhena:?R. henanense; Rirro:?R. irroratum; Rlili:?R. liliiflorum; Rmoll:?R. molle; Rovat:?R. ovatum; Rplat:?R. platypodum; Rprat:?R. prattii; Rripe:?R. ripense; Rsims:?R. simsii; Rvial:?R. vialii; Rwill:?R. williamsianum）；（N）LTR在染色體上的分布。x軸代表染色體位置的百分比，y軸代表LTR的插入時(shí)間；（O）15種杜鵑屬植物的基因組共線性。右邊的數(shù)字表示共線塊編號(hào)。
6.熱反應(yīng)基因的全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與檢測(cè)
為了探索杜鵑花的耐熱基因和調(diào)控機(jī)制，該研究在CK熱處理、3天熱處理（H3）和6天熱處理（H6）條件下進(jìn)行了全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（圖2A，表S22）。共鑒定出50648個(gè)mRNAs、17476個(gè)lncRNAs、448個(gè)miRNAs和6299個(gè)circRNAs（圖2B）。此外，在CK、H3和H6處理中，632個(gè)mRNAs、21個(gè)lncRNAs和6個(gè)miRNAs的表達(dá)和共享存在差異（圖2C）。
7.候選基因的功能驗(yàn)證
該研究選擇了兩對(duì)具有代表性的miRNAs和相關(guān)靶基因進(jìn)行功能驗(yàn)證。熱處理后3h和6h，靶基因表達(dá)顯著上調(diào)，小RNA表達(dá)顯著下調(diào)。作者進(jìn)一步研究了miR177對(duì)RdbHLH153（Rhdel02G0118700）表達(dá)和miR49對(duì)RdMYB1R1（Rhdel08G0208700）表達(dá)的影響。將螢火蟲熒光素酶分別融合到RdbHLH153和RdMYB1R1的C端，并將miR49和miR177分別插入SK載體（圖2D）。結(jié)果顯示，RdbHLH153中的miR177和RdMYB1R1中的miR49的靶位點(diǎn)略有改變（圖2E）。用RdbHLH153/RdMYB1R1與空SK載體（混合并滲透）或RdbHLH153與miR177（RdMYB1R1和miR49）的混合物對(duì)煙草單葉滲透區(qū)進(jìn)行滲透。均顯示熒光素酶信號(hào)的誘導(dǎo)，而R. delavayi中過表達(dá)的miR177和miR49可消除RdbHLH153/RdMYB1R1產(chǎn)生的信號(hào)（圖2E-G）。
為了進(jìn)一步研究RdbHLH153和RdMYB1R1在熱脅迫中的作用，采用花浸法獲得了過表達(dá)RdbHLH153和RdMYB1R1的轉(zhuǎn)基因擬南芥株系（表S23）。36 h熱處理后，轉(zhuǎn)基因植株的生長明顯優(yōu)于WT（圖2H）。經(jīng)過熱處理后，幼苗恢復(fù)正常狀態(tài)5天，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)活，WT葉片全部變黃。說明RdbHLH153和RdMYB1R1在提高耐熱性中起重要作用。DAB和NBT染色顯示，與野生型植株相比，RdbHLH153/RdMYB1R1 OE株系中H2O2和O?2的含量顯著降低（圖2I）。
圖2. miRNA和靶基因的全轉(zhuǎn)錄組分析及功能驗(yàn)證 （A）R. delavayi的對(duì)照（CK）和熱處理（H3和H6）；（B）mRNA、lncRNA、miRNA和circRNA的鑒定和差異表達(dá)分析；（C）三種比較中特異性和常見的差異表達(dá)RNA；（D）效應(yīng)器和報(bào)告器結(jié)構(gòu)圖；（E）miR49和miR177靶點(diǎn)突變示意圖；（F）熒光素酶測(cè)定統(tǒng)計(jì)。誤差條表示三個(gè)重復(fù)的SEs（*，p?< 0.05）。（G）熒光素酶成像分析；（H）RdbHLH153和RdMYB1R1的過表達(dá)增強(qiáng)了耐熱性。NS表示無熱應(yīng)激，HS-A表示36 h熱應(yīng)激，HS-R表示36 h熱處理后在常溫下恢復(fù)5天；（I）二氨基聯(lián)苯胺（DAB）和硝基藍(lán)四氮唑（NBT）染色法檢測(cè)轉(zhuǎn)基因株系和WT在無熱脅迫（NS）和熱脅迫（HS）下的H2O2和O?2。
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]]>2025年3月，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院器官移植研究所蘭培祥教授、陳知水教授和肝臟外科程琪教授研究團(tuán)隊(duì)在Journal of Hepatology發(fā)表題為”Sour Neuronal Signalling Attenuates Macrophage Mediated Liver Injury”的研究論文。研究使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)等多種技術(shù)，深入闡述人鼠中減輕肝缺血再灌注損傷的腦-肝軸調(diào)控通路，發(fā)現(xiàn)酸味刺激竟然可以通過神經(jīng)信號(hào)緩解肝臟損傷！這一發(fā)現(xiàn)不僅為肝臟疾病的治療提供了新思路，還從現(xiàn)代科學(xué)的角度驗(yàn)證了中醫(yī)“酸入肝”的理論。
文章標(biāo)題：Sour Neuronal Signalling Attenuates Macrophage Mediated Liver Injury
期刊名稱：Journal of Hepatology
影響因子：26.7
合作單位：華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院
百邁客生物為該研究提供了10X單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)服務(wù)。
研究背景
在中醫(yī)理論中，酸味與肝臟有著密切的關(guān)系。中醫(yī)經(jīng)典《黃帝內(nèi)經(jīng)》中提到“酸入肝”，認(rèn)為酸味食物能夠滋養(yǎng)肝臟，調(diào)和氣血，促進(jìn)肝臟的生理功能。像檸檬、山楂、醋等酸味食物，常被用來調(diào)理肝氣郁結(jié)、疏肝解郁。這次的研究，不僅讓中醫(yī)的古老智慧得到了科學(xué)驗(yàn)證，還為酸味在肝臟疾病治療中的應(yīng)用提供了新的依據(jù)。
肝損傷是多種肝病常見的病理生理基礎(chǔ)，與炎癥有關(guān)。肝缺血再灌注損傷是一種局部無菌炎癥響應(yīng)，主要由先天免疫細(xì)胞驅(qū)動(dòng)，是肝切除術(shù)中早期器官功能障礙和衰竭的重要原因。傳統(tǒng)認(rèn)為肝缺血再灌注引起的炎癥是由肝和死亡細(xì)胞釋放的DAMP（損傷相關(guān)分子蛋白）被肝駐留庫普夫細(xì)胞、單核細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞等識(shí)別，釋放趨化因子和促炎癥因子，招募循環(huán)白細(xì)胞促使炎癥發(fā)生。此外，近年來，神經(jīng)免疫調(diào)控成為研究熱點(diǎn)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)系統(tǒng)可以通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽等分子來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。然而，如何通過神經(jīng)信號(hào)來治療肝臟炎癥，仍然是一個(gè)未解之謎。
材料及方法
研究方法：單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（n=3，肝及腹腔神經(jīng)節(jié)），組織學(xué)染色，熒光染色，病毒示蹤，免疫印記，免疫沉淀串聯(lián)質(zhì)譜，bulk RNA-seq，qRT-PCR，流式細(xì)胞術(shù)等。
研究材料：C57BL/6J小鼠缺血再灌注損傷模型，Fam19a2-/-Ccr2-/-小鼠，小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞系HT122。
研究結(jié)果
1.酸刺激減輕肝缺血再灌注損傷
研究者首先構(gòu)建酸刺激下肝臟缺血再灌注損傷（IRI）小鼠模型，發(fā)現(xiàn)酸刺激可以減少肝組織損傷以及血清標(biāo)志物水平。但是，使用丁卡因局麻小鼠舌頭或者灌胃檸檬酸不能減少肝損傷和血清標(biāo)志物水平；NMDAR阻斷劑1（阻斷NMDAR介導(dǎo)的興奮性突觸傳遞）立體定位注射到腹后內(nèi)側(cè)核（VPN）后，酸刺激后IRI肝的血清標(biāo)志物水平和肝損傷程度無明顯變化，表明神經(jīng)系統(tǒng)在酸刺激減輕IRI過程中起重要作用。此外，小鼠VPN注射示蹤病毒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，肝臟以及CG（腹腔神經(jīng)節(jié)）均檢測(cè)到熒光，行腹腔神經(jīng)節(jié)切除術(shù)能降低IRI肝的組織損傷和血清標(biāo)志物水平，表明酸刺激減輕肝損傷過程通過腦-CG-肝軸。
圖1-酸通過神經(jīng)減輕小鼠肝臟缺血再灌注損傷
圖2-腦和肝中分布的H129感染神經(jīng)
2.酸刺激通過減少TAFA2產(chǎn)生降低肝IRI
對(duì)肝IRI小鼠、酸刺激后肝IRI小鼠及sham（假手術(shù)）小鼠的肝臟和CG進(jìn)行單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，結(jié)果顯示IRI引起肝細(xì)胞和神經(jīng)元基因表達(dá)譜發(fā)生變化，IRI肝中免疫細(xì)胞數(shù)量增加，但酸刺激后IRI樣本中免疫細(xì)胞數(shù)量減少。神經(jīng)元較為特異性地表達(dá)TAFA2，IRI可引起肝神經(jīng)元TAFA2表達(dá)水平增加，但酸刺激使得TAFA2表達(dá)水平降到與sham對(duì)照組相近水平。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉀離子可引起小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞系HT22顯著高表達(dá)TAFA2，使用鉀離子通道抑制劑可減輕肝損傷，支持酸刺激通過神經(jīng)系統(tǒng)減輕肝損傷的假設(shè)。進(jìn)一步的，使用慢病毒敲低神經(jīng)元TAFA2表達(dá)水平或使用TAFA2敲基因鼠，發(fā)現(xiàn)IRI引起的肝組織損傷、巨噬細(xì)胞浸潤以及血清標(biāo)志物水平降低，表明TAFA2在肝IRI中有著重要作用。
圖3-酸刺激減少小鼠IRI肝中神經(jīng)細(xì)胞Fam19a2表達(dá)水平
圖4-Fam19a2敲除或敲低，使得小鼠肝臟缺血再灌注損傷降低
?3.IRI肝中TAFA2與巨噬細(xì)胞相互作用
體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TAFA2不引起肝細(xì)胞凋亡；snRNA-seq數(shù)據(jù)顯示IRI肝中巨噬細(xì)胞比例增加且炎癥相關(guān)基因表達(dá)水平增加，但在酸刺激組中降低；流式細(xì)胞術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TAFA2與巨噬細(xì)胞結(jié)合而不與T/B細(xì)胞結(jié)合，不論是否酸刺激T/B細(xì)胞比例無顯著變化，IRI肝中CD11b+F4/80low?巨噬細(xì)胞增加而酸刺激可降低該巨噬細(xì)胞數(shù)量；TAFA2敲除或敲低抑制IRI肝中巨噬細(xì)胞的浸潤，這些結(jié)果表明TAFA2促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TAFA2可以激活BMDM（骨髓來源巨噬細(xì)胞），引起Il1α，Il1β，Il6和Tnfα的表達(dá)，這些結(jié)果表明TAFA2激活的巨噬細(xì)胞介導(dǎo)了肝IRI。
圖5-TAFA2使得IRI中巨噬細(xì)胞比例增加，刺激炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生
4.TAFA2通過CCR2與巨噬細(xì)胞互作
體外實(shí)驗(yàn)表明巨噬細(xì)胞上的CCR2是TAFA2受體，CCR2敲除小鼠IRI肝的組織損傷以及巨噬細(xì)胞浸潤降低，血清標(biāo)志物水平降低。TAFA2或CCL2刺激后BMDM的bulk RNA-seq數(shù)據(jù)表現(xiàn)出幾乎一致的轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜，粘附、代謝、Ras信號(hào)通路相關(guān)差異基因表達(dá)上調(diào)，代謝和核糖體通路相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，TAFA2誘導(dǎo)BMDM更高的表達(dá)Il1α，Il1β，Il6，Tnfα以及干擾素相關(guān)基因，促進(jìn)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥響應(yīng)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明TAFA2促使巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥響應(yīng)主要依賴CCR2，但巨噬細(xì)胞上也可能存在其他的TAFA2受體。
圖6-TAFA2與巨噬細(xì)胞表面CCR2互作
5.酸刺激減輕人類肝切除術(shù)中肝IRI
為了確認(rèn)酸刺激在人類肝IRI中的作用，研究者進(jìn)行了開放、隨機(jī)、空白對(duì)照臨床試驗(yàn)（ChiCTR2400088096），包含多種良性/惡性肝腫瘤、肝外傷、膿腫、囊腫和包蟲病，由于手術(shù)期間門靜脈短暫阻斷以減少肝切除過程中出血，導(dǎo)致肝出現(xiàn)缺血再灌注損傷。干預(yù)組33名患者，術(shù)前24h開始，每8h給與新鮮的25mM檸檬酸（持續(xù)5min），對(duì)照組33名患者不接受酸刺激，剔除6名術(shù)中肝缺血超過30min患者以及4名依從性差患者，肝切除術(shù)后第1/3/5天對(duì)患者肝功能進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示酸刺激組血清ALT和AST水平顯著低于對(duì)照組，高ALT水平（>500 U/L）患者數(shù)量也顯著更低，這些結(jié)果表明酸刺激可減輕人類肝切除術(shù)引起的肝IRI。
圖7-酸刺激減輕人類肝切除術(shù)中肝IRI
研究總結(jié)
該研究首次揭示了腦-肝軸在肝臟IRI中的調(diào)控作用，闡明了酸味刺激通過神經(jīng)信號(hào)通路緩解肝臟損傷的機(jī)制。研究不僅為肝臟IRI的治療提供了新的思路，還為神經(jīng)免疫調(diào)控在其他器官炎癥中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將進(jìn)一步探索神經(jīng)刺激療法在肝臟疾病中的應(yīng)用，特別是通過調(diào)控腦-肝軸來緩解肝臟炎癥和損傷。此外，研究團(tuán)隊(duì)還將深入研究TAFA2蛋白的作用機(jī)制，開發(fā)針對(duì)TAFA2-CCR2信號(hào)通路的靶向藥物，為肝臟疾病的治療提供更多選擇。
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研究背景
葡萄（Vitis）在全球范圍種植廣泛，即可鮮食又可加工成葡萄酒等，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是農(nóng)民致富、鄉(xiāng)村振興、人民美好生活中不可或缺的重要園藝作物。葡萄屬于葡萄科葡萄屬植物，該屬包括兩個(gè)亞屬，麝香葡萄亞屬(Muscadinia Planch)和真葡萄亞屬(Euvitis Planch），共計(jì)70余個(gè)種；根據(jù)地理分布可將其分為三大類群，歐亞種群、北美種群和東亞種群。
葡萄作為最古老的馴化作物之一（約公元前11,000年），漫長的持續(xù)馴化和多年的育種改良導(dǎo)致現(xiàn)代葡萄品種的遺傳多樣性縮小和抗性丟失，使其易受病蟲、逆境等各種不利條件的影響。近年北美葡萄泛基因組（Genome biology, 2023），歐洲葡萄泛基因組（Nature Genetics, 2024）的相繼報(bào)道，野生葡萄以其豐富的遺傳多樣性和超強(qiáng)的抗性基因再次受到關(guān)注，但以大群體染色體級(jí)基因組組裝為基礎(chǔ)，涵蓋主要品種，特別是包含東亞野生種葡萄的屬級(jí)泛基因組一直未見報(bào)道。因此構(gòu)建涵蓋整個(gè)葡萄屬的泛基因組將成為了解葡萄遺傳多樣性、開展功能基因組學(xué)研究、識(shí)別隱性遺傳特性以及葡萄精準(zhǔn)改良的關(guān)鍵資源。
材料方法及研究結(jié)果
該研究首先組裝了釀酒葡萄（Vitis vinifera）霞多麗的完整單倍型基因組，并首次基于ChIP-seq數(shù)據(jù)鑒定了葡萄著絲粒序列，解析著絲粒的衛(wèi)星重復(fù)序列結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)單倍型著絲粒之間的顯著差異，表明其快速進(jìn)化。其次，該研究通過對(duì)591個(gè)葡萄材料的群體基因組分析，選取了72個(gè)代表性葡萄材料（包括25個(gè)野生種和47個(gè)栽培種）進(jìn)行染色體水平的單倍型基因組組裝（圖1），基因組驗(yàn)證表明這些單倍體基因組序列具有較高的質(zhì)量和完成度。
圖1-葡萄樣品全球地理分布及其果實(shí)和葉片形態(tài)
鑒于葡萄基因組因頻繁雜交而具有的高度雜合性，單倍型基因組不僅能精確解析雜合區(qū)域序列，而且對(duì)分析葡萄的育種歷史也至關(guān)重要。該研究構(gòu)建了單倍型系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，揭示了葡萄屬植物復(fù)雜的育種歷史和豐富的遺傳多樣性。結(jié)果顯示，北美和歐洲品種存在較多內(nèi)部雜交，而東亞品種的內(nèi)部雜交較少，跨大洲雜交事件有限（圖2）。特別是東亞葡萄極少被開發(fā)的遺傳多樣性，表明了其潛在的巨大育種價(jià)值。此次發(fā)布的東亞野生葡萄基因組為葡萄遺傳育種研究提供了強(qiáng)有力的資源支持。
圖2-144個(gè)單倍型基因組系統(tǒng)發(fā)育樹
該研究還分析了72份葡萄材料的泛基因組家族，發(fā)現(xiàn)了超過6.4萬個(gè)基因家族，包括不同數(shù)量的核心、可變和私有的基因家族。擬合曲線表明，該研究的泛基因家族數(shù)量趨向飽和，表明葡萄泛基因組接近閉合。研究還系統(tǒng)分析了葡萄屬免疫受體蛋白基因家族NLR，結(jié)合三大種群的葡萄和圓葉葡萄抗霜霉病數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TIR-NBARC-LRR家族的NLR基因在抗?。ㄒ吧咸眩┖透胁∑咸眩ㄔ耘嗥咸眩┲写嬖陲@著數(shù)量差異，因此有可能是葡萄抗霜霉病表型差異的重要因素之一。該超級(jí)泛基因組分析為研究葡萄屬的遺傳多樣性、進(jìn)化歷史及功能基因挖掘提供了全面的基因組基礎(chǔ)（圖3）。
圖3-葡萄屬72份代表性材料超級(jí)泛基因組基因家族圖譜
其次，該研究進(jìn)一步繪制了目前比較完整的葡萄基因組遺傳結(jié)構(gòu)變異（SV) 圖譜，助力挖掘與抗性及資源利用效率等重要性狀相關(guān)的功能基因（圖4）。該研究通過全基因組序列比對(duì)和變異檢測(cè)，在67個(gè)Euvitis葡萄樣本中鑒定出132,518個(gè)非冗余結(jié)構(gòu)變異。功能富集分析表明，這些SV與葡萄葉片形態(tài)、病原識(shí)別及生物刺激感知相關(guān)。通過與已知分子標(biāo)記的比較，該研究鑒定到霜霉病抗性分子標(biāo)記Rpv3相關(guān)SV事件，并發(fā)現(xiàn)三大種群中該SV位點(diǎn)的不同單倍型與葡萄霜霉病抗性有顯著關(guān)聯(lián)性，證明該SV是一個(gè)關(guān)鍵抗病分子標(biāo)記，突出了超級(jí)泛基因組圖譜的價(jià)值。
圖4-葡萄屬72份代表性材料結(jié)構(gòu)變異圖譜
最后，該研究使用葡萄結(jié)構(gòu)變異圖譜和基于霞多麗完整基因組序列，構(gòu)建了涵蓋歐、亞、美三大種群的圖形泛基因組。基于該圖形泛基因組，該研究對(duì)113個(gè)葡萄樣本的霜霉病抗性表型、氣孔表型以及霜霉病侵染轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行了基因組變異的eQTL分析（圖5），鑒定出63個(gè)SV-eQTL和1,808個(gè)SNP-eQTL與葡萄抗霜霉病顯著相關(guān)。在63個(gè)與霜霉病抗性密切相關(guān)的SV的輔助下，該研究定位到一個(gè)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因VvLHT8。進(jìn)一步的分子功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)VvLHT8可能通過負(fù)調(diào)控葡萄水楊酸合成和氣孔免疫反應(yīng)進(jìn)而抑制葡萄抗病性，證實(shí)了高質(zhì)量泛基因組輔助的多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析在作物重要農(nóng)藝性狀分子標(biāo)記開發(fā)及功能基因挖掘中的高效性。該研究構(gòu)建的葡萄屬超級(jí)泛基因組不僅加深了對(duì)葡萄生物進(jìn)化和育種改良的理解，也為精準(zhǔn)改良葡萄抗病性和多樣性提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。
圖5-超級(jí)泛基因組圖譜輔助SV-eQTL鑒定及VvLHT8基因功能驗(yàn)證
研究總結(jié)
該研究提供了比較全面的葡萄屬基因組資源，有助于全面解析葡萄基因組的復(fù)雜性和多樣性，從而高效發(fā)掘并利用葡萄特別是野生葡萄種中的優(yōu)異基因。該研究結(jié)合葡萄屬超級(jí)泛基因組、群體轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表型組學(xué)，對(duì)葡萄屬遺傳多樣性和重要農(nóng)藝性狀形成機(jī)制的深入探索，為未來培育超級(jí)葡萄提供了理論基礎(chǔ)和新的思路（圖6），標(biāo)志著葡萄基因組研究邁進(jìn)新的階段，也必將加速推動(dòng)我國葡萄種質(zhì)創(chuàng)新和葡萄產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
圖6-葡萄屬超級(jí)泛基因組構(gòu)建和應(yīng)用
以下小編列舉三篇成功案例，解析群體在QTL定位中的應(yīng)用。
當(dāng)我們針對(duì)一群體，關(guān)注性狀較多時(shí)，可參照案例一，整篇文章通過群體圖譜構(gòu)建，QTL定位后幾乎沒有驗(yàn)證工作，可以幫我們拿到一個(gè)群體QTL的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
案例一
發(fā)表期刊：Plant Physiology and Biochemistry
影響因子：6.1
合作單位：江蘇省徐淮區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘薯生物學(xué)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
實(shí)驗(yàn)方法：Xin24×Yushu10雜交中選擇212個(gè)F1材料: 特異性位點(diǎn)擴(kuò)增片段測(cè)序（SLAF-seq）；遺傳圖譜構(gòu)建；數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）定位；GWAS關(guān)聯(lián)（F1群體）
表型檢測(cè)：多年多表型收集
百邁客生物為該研究提供了群體測(cè)序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。
甘薯作為一個(gè)全球重要的作物，其含有豐富的營養(yǎng)成分以及對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力。然而，由于其自交不親和，高雜合度等特性，使其遺傳特征的研究相對(duì)較少。作者從Xin24×Yushu10雜交中選擇212個(gè)F1材料，SLAF-seq測(cè)序，獲得親本26.73×，子代52.25×的測(cè)序數(shù)據(jù)，依據(jù)SNP及百邁客生物自主研發(fā)的HighMap構(gòu)圖軟件，生成一個(gè)長度為2441.56 cM、平均圖距為0.51 cM的遺傳圖譜。
基于連鎖圖譜，鑒定出26個(gè)QTL，解釋了6.3-10%的表型變異，包括6個(gè)最長藤蔓長度 QTL、6個(gè)單株產(chǎn)量 QTL、10個(gè)干物質(zhì)含量QTL、1個(gè)淀粉含量 QTL、一個(gè)可溶性糖含量QTL和2個(gè)類胡蘿卜素含量QTL。該研究結(jié)果對(duì)甘薯的標(biāo)記輔助育種和基因克隆具有重要意義。
圖1-表型檢測(cè)
圖2-遺傳圖譜構(gòu)建
圖3-QTL定位
前文是對(duì)多個(gè)性狀的連鎖分析，當(dāng)我們關(guān)注單個(gè)性狀時(shí)，BSA無疑是高性價(jià)比的初定位選擇，當(dāng)然，這就意味著我們得做到基因的精細(xì)定位與克隆，除去傳統(tǒng)圖位克隆的方式，轉(zhuǎn)錄組，蛋白組，自然群體GWAS，基因組都可助力基因克隆，如果想發(fā)高水平的文章，基因的功能探索也是必不可少的。
成功案例二
發(fā)表期刊：Plant Biotechnology Journal
影響因子：10.1
發(fā)表單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
實(shí)驗(yàn)方法：莢果大小/重量差異顯著2份Virginia-type花生材料( ND _ L和ND _ S)雜交，產(chǎn)生遺傳群體；F2:3群體BSA-seq（20+20混池）；F6:7 和F6:8群體精細(xì)定位；基因克??；系統(tǒng)進(jìn)化分析；亞細(xì)胞定位；免疫熒光；酵母雙雜交；pull-down；CO-IP；番茄擬南芥轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)等。
百邁客生物為該研究提供了群體測(cè)序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。
花生莢果大小是決定花生產(chǎn)量的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，為了鑒定控制花生莢果大小的基因，該研究對(duì)188份核心種質(zhì)進(jìn)行鑒定，并選取莢果大小/重量差異顯著的2份花生材料構(gòu)建F2群體，BSA-Seq獲得了288.58 Gb的原始數(shù)據(jù)。利用285914個(gè)高質(zhì)量SNPs 和70 759個(gè) InDel，將控制莢果大小的基因定位在07染色體1.17 Mb的區(qū)間內(nèi)。作者從F6：7和F6：8群體中開發(fā)了15個(gè)多態(tài)性標(biāo)記并對(duì)個(gè)體進(jìn)行基因分型，精細(xì)定位QTL到KASP 9 和In Del15之間20.4 kb的區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間僅包含1個(gè)預(yù)測(cè)的非同義突變基因和InDels，將該基因命名為PSW1。
PSW1編碼一個(gè)LRR – RLK蛋白激酶，等位基因PSW1HapII賦予了PSW1更高的表達(dá)水平和對(duì)其輔助受體AhBAK1更強(qiáng)的親和力，以上調(diào)PSW1 – based途徑，調(diào)節(jié)花生莢果大小。此外，PSW1HapII的過表達(dá)增加了多種植物的種子/果實(shí)大小。
圖4-表型檢測(cè)
圖5-BSA分析
當(dāng)然，如果想讓我們的文章影響因子再上一臺(tái)階，兼顧群體的“廣度”和“深度”，是更好的選擇。
成功案例三
發(fā)表期刊：Nature?Genetics
影響因子：30.8
發(fā)表單位：浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等
實(shí)驗(yàn)方法：菜用豇豆G98，糧用豇豆G323 基因組Denovo；重測(cè)序GWAS：344份全世界收集的豇豆核心種質(zhì)，其中包括342份栽培豇豆（87份糧用豇豆、244份菜用豇豆和11份未知用途豇豆）和2份野生豇豆；Illumina測(cè)序，10x深度；基因單倍型驗(yàn)證：菜用豇豆地方品種 ‘ZN016’ 和菜用豇豆育成品種‘Zhijiang282構(gòu)建的RIL群體（183 lines）G98和G323構(gòu)建的F2群體（165 individuals）
百邁客生物為該研究提供了群體測(cè)序、基因組測(cè)序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。
豇豆起源于非洲，在世界范圍內(nèi)作為糧食、蔬菜或牲畜飼料種植。該研究結(jié)合PacBio、Hi-C和二代測(cè)序，組裝了糧用豇豆和菜用豇豆的染色體水平基因組。對(duì)包括地方品種、野生品種和育成品種的344個(gè)材料進(jìn)行二代測(cè)序，以闡明豇豆基因組的系統(tǒng)進(jìn)化。
為了研究自然或人工選擇對(duì)豇豆分化的影響，作者通過選擇清除分析比較了三個(gè)豇豆亞群之間的基因組選擇特征，鑒定出239個(gè)與豇豆馴化和改良相關(guān)的基因。此外，通過GWAS，挖掘到裂莢性、莢長、單莢粒數(shù)、千粒重、可溶性糖、總淀粉和粗蛋白質(zhì)含量相關(guān)基因，并在遺傳群體中驗(yàn)證。同時(shí)揭示了兩個(gè)亞種之間基因組結(jié)構(gòu)變異（SVs）的全圖譜，為豇豆在全基因組選擇下的馴化與改良提供了見解。產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的差異基因組選擇將有助于建立糧用豇豆和菜用豇豆雙向改良的遺傳資源。
圖6-群體選擇與GWAS分析
今日分享結(jié)束，期待下期精彩內(nèi)容~~~
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近日，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一株神奇菌株Sinomonas gamaensis NEAU-HV1，它通過重塑植物關(guān)鍵蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，打破生長抑制枷鎖，讓作物產(chǎn)量飆升！成果登上國際頂刊！
中文標(biāo)題：《Sinnomaras gamaensis NEAU-HV1通過重塑IAA14-ARF7/19互作促進(jìn)植物生長》
英文標(biāo)題：Sinomonas gamaensis NEAU-HV1 remodels the IAA14-ARF7/19 interaction to promote plant growth
發(fā)表期刊：New Phytologist
影響因子：10.2
合作單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
百邁客生物為該研究提供了高通量絕對(duì)定量測(cè)序及分析等相關(guān)工作。
破局：植物生長的“分子開關(guān)”被重新編程
植物生長素信號(hào)通路中，IAA14蛋白是關(guān)鍵的“剎車控制器”——它與生長素響應(yīng)因子ARF7/19結(jié)合時(shí)，會(huì)抑制下游促生長基因表達(dá)。傳統(tǒng)促生菌多通過分泌激素“強(qiáng)推”生長，但NEAU-HV1菌株另辟蹊徑：它直接改寫IAA14與ARF7/19的互作模式，讓“剎車”松動(dòng)，植物自主釋放生長潛能！
核心發(fā)現(xiàn)：NEAU-HV1對(duì)生長素信號(hào)的影響可能通過重塑SOLITARY-ROOT（SLR）/IAA14與ARF7/19的互作實(shí)現(xiàn)，且該過程不依賴生長素受體TIR1/AFB2，為植物-微生物互作機(jī)制提供了新見解。
文章核心內(nèi)容
- 材料與方法
① 菌株與培養(yǎng)條件
NEAU-HV1 分離自棉田土壤，使用TSB培養(yǎng)基（28°C，250 rpm）培養(yǎng)。
對(duì)照菌株：解淀粉芽孢桿菌FZB42和伯克霍爾德菌CC-A174。
② 植物材料與處理
擬南芥（Col-0野生型及突變體）、生菜、小麥、玉米、花生等。
細(xì)菌懸液（10?–10? CFU/ml）處理種子或幼苗，評(píng)估生長表型。
③ 促生長特性分析
溶磷能力（NBRIP培養(yǎng)基）、ACC脫氨酶活性（DF培養(yǎng)基）、IAA產(chǎn)量（HPLC檢測(cè)）。
④ 根際定殖能力
高通量測(cè)序結(jié)合內(nèi)標(biāo)法定量NEAU-HV1在根際和根內(nèi)的動(dòng)態(tài)豐度。
⑤ 分子機(jī)制解析
轉(zhuǎn)錄組分析、酵母雙雜交（Y2H）、雙分子熒光互補(bǔ)（BiFC）、微量熱泳動(dòng)（MST）等技術(shù)驗(yàn)證IAA14-ARF7/19互作。
- 研究結(jié)果
① NEAU-HV1顯著促進(jìn)作物生長
生菜、小麥、玉米、花生的生物量（鮮重、干重）和根系長度顯著增加。
田間試驗(yàn)中，NEAU-HV1處理使花生株高增加56.4%，蛋白質(zhì)含量提升16.5%。
② 多效性促生長特性
溶磷指數(shù)（PSI=4.1）、IAA產(chǎn)量（22.14 μg/ml）、ACC脫氨酶活性均優(yōu)于對(duì)照菌株。
③ 根際與內(nèi)生定殖能力
接種20天后，根際和根內(nèi)菌量分別達(dá)4.2×103和7.6×103 copies/g鮮重。
④ 代謝物通過生長素信號(hào)誘導(dǎo)側(cè)根形成
NEAU-HV1代謝物促進(jìn)側(cè)根原基（LRP）從階段I向VII的發(fā)育，且不抑制主根伸長。
該過程依賴 IAA14-ARF7/19 信號(hào)模塊，但與TIR1/AFB2受體無關(guān)。
- 研究討論
傳統(tǒng)研究多停留在微生物的“有無”層面，而本研究通過高通量微生物絕對(duì)定量技術(shù)，將含量多少轉(zhuǎn)化為精確的拷貝數(shù)數(shù)據(jù)，如同為細(xì)胞安裝“納米級(jí)傳感器”。本研究首次揭示 S. gamaensis NEAU-HV1 通過分泌代謝物重塑IAA14與ARF7/19的互作，獨(dú)立于經(jīng)典生長素受體激活側(cè)根發(fā)育。其多效性促生長特性（溶磷、產(chǎn)IAA、根際定殖）及對(duì)脂肪酸組成的調(diào)控（增加短鏈飽和脂肪酸）展現(xiàn)了廣闊的農(nóng)業(yè)應(yīng)用潛力。未來需進(jìn)一步解析其活性代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以深化對(duì)植物-微生物互作機(jī)制的理解。
技術(shù)亮點(diǎn)
- 微生物高通量絕對(duì)定量使用：說明菌的絕對(duì)拷貝數(shù)與植物生物量成正比。
- 動(dòng)態(tài)范圍提升10倍：可檢測(cè)到低至1 fmol/μg的蛋白互作變化，靈敏度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。
- 時(shí)間分辨率突破：連續(xù)監(jiān)測(cè)處理0-72小時(shí)內(nèi)IAA14-ARF7/19復(fù)合物的動(dòng)態(tài)解離曲線，揭示菌株作用的“黃金窗口期”。
應(yīng)用前景：從實(shí)驗(yàn)室到田間
- 增產(chǎn)革命：在玉米、水稻試驗(yàn)中，NEAU-HV1處理組生物量平均增加35%，且無需額外施肥。
- 抗逆潛力：初步數(shù)據(jù)顯示，該菌株可緩解鹽脅迫下植物的生長抑制，未來或成“抗逆基因開關(guān)”。
- 綠色農(nóng)業(yè)：取代化學(xué)激素，減少環(huán)境污染，契合碳中和目標(biāo)。
結(jié)語
從分子開關(guān)的精準(zhǔn)調(diào)控到絕對(duì)定量技術(shù)的革新，這項(xiàng)研究不僅解鎖了植物生長的“隱藏技能”，更展現(xiàn)了合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無限可能。未來，我們或許只需一株工程菌，就能讓萬畝良田“自主升級(jí)”！
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- 發(fā)表期刊：Cancer Cell
- 影響因子：48.8
- 發(fā)表日期：2025-2-6
- 發(fā)表單位：中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院
- 課題切入點(diǎn)：本文研究了三陰性乳腺癌（TNBC）中不同治療方案對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境（TME）的影響，特別是探討了化療與程序性死亡配體1（PD-L1）阻斷聯(lián)合療法的細(xì)胞機(jī)制。
- 研究?材料?：研究從44名TNBC患者中獲取了78份腫瘤活檢樣本，包括接受nab-紫杉醇（Nab-PTX）聯(lián)合阿替利珠單抗（ATZ）、Nab-PTX單藥、紫杉醇（PTX）聯(lián)合ATZ以及PTX單藥治療的患者。
- 研究方法?：采用單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和T細(xì)胞受體測(cè)序（TCR-seq）技術(shù)，對(duì)TNBC中的免疫細(xì)胞浸潤進(jìn)行了詳細(xì)分析。此外，還利用小鼠4T1乳腺癌模型進(jìn)行了體內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，包括RNA測(cè)序和流式細(xì)胞術(shù)分析。?·?研究結(jié)論?：研究發(fā)現(xiàn)，不同治療方案下，TNBC中的免疫細(xì)胞組成發(fā)生顯著變化。Nab-PTX聯(lián)合ATZ治療顯著減少了耗竭性CD8+T細(xì)胞（Tex）的比例，同時(shí)增加了具有干細(xì)胞樣特征的中央記憶T細(xì)胞（Tcm）和效應(yīng)記憶T細(xì)胞（Tem）的比例。B細(xì)胞亞群，特別是濾泡B細(xì)胞（Bfoc），在Nab-PTX聯(lián)合ATZ治療的響應(yīng)者中顯著富集，且B細(xì)胞水平與有利反應(yīng)相關(guān)。此外，研究還揭示了不同DC亞群之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，以及它們與T細(xì)胞反應(yīng)之間的相互作用。肥大細(xì)胞在Nab-PTX相關(guān)治療中顯示出增加的趨勢(shì)，且其浸潤水平與有利反應(yīng)相關(guān)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了肥大細(xì)胞激活可以增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而提高PD-L1阻斷療法的有效性。
這些發(fā)現(xiàn)不僅增進(jìn)了我們對(duì)TNBC中免疫細(xì)胞動(dòng)態(tài)及其與治療反應(yīng)之間關(guān)系的理解，還為開發(fā)新的化療免疫聯(lián)合療法提供了潛在的治療靶點(diǎn)。
- 發(fā)表期刊：Annals of Oncology
- 影響因子：56.7
- 發(fā)表日期：2025-2-4
- 發(fā)表單位：英國倫敦癌癥研究所和英國倫敦皇家馬斯登醫(yī)院
- 課題切入點(diǎn)：該研究探討了基于全基因組測(cè)序（WGS）的超靈敏循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）檢測(cè)技術(shù)在早期乳腺癌分子殘留病灶（MRD）監(jiān)測(cè)和復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用?！?研究樣本：研究團(tuán)隊(duì)分析了78例早期乳腺癌患者（包括23例三陰性乳腺癌、35例HER2陽性、18例HR陽性及2例未知亞型）的617份血漿樣本，覆蓋診斷前、新輔助化療期間、術(shù)后及長期隨訪（中位隨訪76個(gè)月）多個(gè)時(shí)間點(diǎn)?；颊哐獫{樣本來自英國多家醫(yī)療中心，包括診斷前、新輔助化療周期、術(shù)后及定期隨訪樣本。
- 研究方法：對(duì)腫瘤組織進(jìn)行全基因組測(cè)序（中位深度38×），篩選高可信度體細(xì)胞變異構(gòu)建個(gè)性化檢測(cè)panel。血漿游離DNA（cfDNA）經(jīng)高通量測(cè)序后，通過分子共識(shí)算法抑制背景噪聲，計(jì)算ctDNA水平。所有樣本通過NeXT Personal MRD平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，該平臺(tái)基于腫瘤組織的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，為每位患者個(gè)性化設(shè)計(jì)檢測(cè)panel，追蹤中位數(shù)1451個(gè)體細(xì)胞變異，檢測(cè)靈敏度可達(dá)百萬分之一（1 PPM）。
- 數(shù)據(jù)分析：采用Kaplan-Meier生存分析和Cox比例風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)估ctDNA檢測(cè)與臨床結(jié)局（復(fù)發(fā)無生存期RFS、癌癥特異性生存期CSS）的關(guān)聯(lián)，并通過時(shí)間依賴性模型動(dòng)態(tài)評(píng)估MRD狀態(tài)對(duì)預(yù)后的影響。
- 研究結(jié)果：1. 診斷階段：98%（49/50）的患者在治療前檢測(cè)到ctDNA，涵蓋所有亞型（HER2+和TNBC均為100%，HR+為88%）。診斷時(shí)ctDNA水平升高與較差的RFS（HR=1.82）和CSS（HR=2.19）顯著相關(guān)。2. 術(shù)后監(jiān)測(cè)：所有復(fù)發(fā)患者（11/11）在臨床復(fù)發(fā)前均檢測(cè)到ctDNA（中位提前15個(gè)月），未檢測(cè)到ctDNA的患者（64/64）均未復(fù)發(fā)。術(shù)后ctDNA陽性與RFS和CSS顯著惡化相關(guān)（均P<0.0001）。3. 靈敏度優(yōu)勢(shì)：39%的ctDNA陽性樣本處于超低水平（<100 PPM）。與全外顯子測(cè)序（WES）和數(shù)字PCR（dPCR）相比，WGS方法在匹配樣本中檢測(cè)率更高（WGS 100% vs. WES 84% vs. dPCR 76%）。4. 動(dòng)態(tài)預(yù)后：術(shù)后6周或6個(gè)月未檢測(cè)到ctDNA的患者預(yù)后顯著改善。此外，術(shù)后早期ctDNA清除（如輔助治療后）可能提示疾病控制良好。
- 研究結(jié)論：WGS驅(qū)動(dòng)的超靈敏ctDNA檢測(cè)技術(shù)顯著提升了早期乳腺癌MRD監(jiān)測(cè)的敏感性和特異性，可提前預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)并指導(dǎo)臨床決策。其高陰性預(yù)測(cè)值（NPV 100%）支持在低風(fēng)險(xiǎn)患者中探索治療降階梯策略，而陽性結(jié)果則為早期干預(yù)提供了依據(jù)。未來需擴(kuò)大樣本量并開展前瞻性研究以驗(yàn)證其臨床實(shí)用性。
Ps：關(guān)注醫(yī)學(xué)領(lǐng)域腫瘤研究請(qǐng)聯(lián)系當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)經(jīng)理獲取原文~
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豬不僅是重要的經(jīng)濟(jì)家畜，還在科研中扮演重要角色。豬器官與人類器官高度相似，被廣泛用于臨床前研究。
2020年，馬斯克展示了植入腦機(jī)芯片的豬，展示了腦電波信號(hào)的變化；2021年以來，全球已完成豬器官移植到腦死亡患者的實(shí)驗(yàn)；2025年，空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院又一次成功實(shí)施了豬肝臟異種移植到人腦死亡患者體內(nèi)，與之前不一樣的是，這次是切除人類肝臟后只保留豬肝臟，探討豬肝能否完全替代人肝。
從時(shí)空實(shí)驗(yàn)應(yīng)用條件看，豬的器官組織特征與人類接近，實(shí)驗(yàn)開發(fā)難度較低。豬是二倍體生物，基因組質(zhì)量良好，有基因表達(dá)調(diào)控?cái)?shù)據(jù)庫和單細(xì)胞數(shù)據(jù)，便于跨物種比較研究。綜上，時(shí)空技術(shù)的應(yīng)用可提升研究精度，為后續(xù)研究提供精準(zhǔn)參考。
生殖方向
1.豬早期卵子發(fā)生的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Spatiotemporal dynamics of early oogenesis in pigs
發(fā)表期刊：Genome Biology
影響因子：10.1
發(fā)布時(shí)間：2025-01
DOI：10.1186/s13059-024-03464-8
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢（n=2）。
空間轉(zhuǎn)錄組，豬E45、E55、E65、E75胚胎卵巢，10x Visium；E65胚胎卵巢，BMKMANU S1000。
百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)S1000空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)服務(wù)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 該研究結(jié)合單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)(ST)探索在豬卵子發(fā)生早期卵巢微環(huán)境的空間組織，構(gòu)建時(shí)空基因表達(dá)譜。將卵子發(fā)生不同階段的生殖細(xì)胞簇投射到空間圖譜中，揭示了發(fā)育中的豬卵巢中生殖細(xì)胞的“皮質(zhì)-髓質(zhì)(C-M)”分布。豬和人之間的跨物種分析揭示了在卵子發(fā)生過程中生殖細(xì)胞的保守的C-M分布模式，提示豬可以作為人類早期卵子發(fā)生過程的理想研究模型。
② 利用ST數(shù)據(jù)進(jìn)行RNA速度分析，確定了豬卵巢皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)顆粒細(xì)胞系的分子特征和空間動(dòng)力學(xué)。通過空間共定位分析和細(xì)胞間通訊分析，揭示了皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)域生殖細(xì)胞和體細(xì)胞之間獨(dú)特的細(xì)胞-細(xì)胞通訊模式。
③ 值得注意的是，卵巢組織的體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)細(xì)胞間NOTCH信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白在啟動(dòng)減數(shù)分裂和卵子形成程序中起關(guān)鍵作用，表明卵巢微環(huán)境對(duì)于生殖細(xì)胞的命運(yùn)調(diào)控起著重要作用。
圖1-基于Cell2location，使用scRNA-seq數(shù)據(jù)對(duì)ST數(shù)據(jù)進(jìn)行解卷積
2.時(shí)空技術(shù)解析豬滋養(yǎng)層類器官與母胎界面細(xì)胞多樣性
英文標(biāo)題：Defining Cellular Diversity at the Swine Maternal-Fetal Interface Using Spatial Transcriptomics and Organoids
發(fā)表期刊：bioRxiv
發(fā)布時(shí)間：2024-10
DOI：10.1101/2024.10.21.619461
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，滋養(yǎng)層細(xì)胞系類器官（n=3)?？臻g轉(zhuǎn)錄組：G65臍帶殘端附近1cm*1cm完整胎盤（包括母體和子代組織，n=4）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 研究者使用足月豬胎盤構(gòu)建的sTO（豬滋養(yǎng)層類器官）可以擴(kuò)增、凍存并成功復(fù)蘇，高表達(dá)滋養(yǎng)層標(biāo)志基因KRT18、ELF3以及GATA3，與豬胎盤表達(dá)標(biāo)志更相似。此外，在人工基底膜中培養(yǎng)立刻形成懸浮培養(yǎng)可逆的局部頂面，通過和體內(nèi)較為一致的基因表達(dá)和細(xì)胞通訊程序分化成不同滋養(yǎng)層細(xì)胞。與當(dāng)前其他可用的體外模型相比，研究者開發(fā)的sTO是更理想的體外研究模型。
② 使用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)定義妊娠中期豬母胎界面上滋養(yǎng)層原位轉(zhuǎn)錄組圖譜，無需依賴傳統(tǒng)標(biāo)志，揭示了豬子宮和胎盤的新marker，可用于精準(zhǔn)定義豬母胎界面組織學(xué)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)還包含以往未分析到的腺窩區(qū)（areola）和交界區(qū)，定義出3種腺窩細(xì)胞亞群，例如主要位于胎盤間質(zhì)附近而不明顯與交界區(qū)直接接觸的Areola-1。總之，該圖譜為后續(xù)豬生殖研究提供了基礎(chǔ)參考。
③ 空間數(shù)據(jù)可用于注釋sTO單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的細(xì)胞類型，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)sTO涵蓋了豬胎盤中滋養(yǎng)層細(xì)胞群的發(fā)育和功能差異，sTO和胎盤組織具有相同保守的關(guān)鍵信號(hào)通路。此外，由于sTO中有更多增殖干細(xì)胞，因而僅在sTO單細(xì)胞數(shù)據(jù)中觀察到增殖干細(xì)胞與其他滋養(yǎng)層間存在互作?？傊?，這些凸顯了sTO在研究豬胎盤發(fā)育中的用途。
圖2-空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)解析豬母胎界面的全局表達(dá)情況
3.豬竇卵泡的單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Deciphering Cellular Heterogeneity and Communication Patterns in Porcine Antral Follicles by Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：Animals
發(fā)布時(shí)間：2023-09
DOI：10.3390/ani13193019
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組：D210母豬（取樣前48h內(nèi)注射5 IU PMSG）竇卵泡（n=2）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 單細(xì)胞數(shù)據(jù)揭示了豬竇卵泡內(nèi)細(xì)胞的顯著異質(zhì)性，特別是顆粒細(xì)胞，研究者首次在豬中確認(rèn)壁顆粒細(xì)胞（mGC）和卵丘細(xì)胞（nGC）存在不同亞群，例如mGC1亞群在激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到重要作用，而mGC2主要負(fù)責(zé)雌激素合成，cGC2負(fù)責(zé)糖酵解和卵丘擴(kuò)張，cGC1亞群具有mGC和cGC兩種顆粒細(xì)胞特征，表明卵泡內(nèi)存在多種狀態(tài)和功能的細(xì)胞。
圖3-豬竇狀卵泡中細(xì)胞的降維聚類結(jié)果
發(fā)育方向
4.豬皮膚早期發(fā)育的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Integrating Single-Cell and Spatial Transcriptomics Reveals Heterogeneity of Early Pig Skin Development and aSubpopulation with Hair Placode Formation
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時(shí)間：2024-04
DOI：10.1002/advs.202306703
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，E37胚胎（n=1，未知U），E41&E52&E85胚胎（每時(shí)期n=2，同窩有毛N、無毛H各1）。
空間轉(zhuǎn)錄組，E37胚胎（n=1），E41&E52&E85胚胎（每時(shí)期n=2，同窩有毛N、無毛H各1）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析得到7種主要細(xì)胞類型，空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析得到6種主要細(xì)胞類型，包括免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、施旺細(xì)胞等，且不同類型細(xì)胞空間分布與已知的皮膚組織解剖結(jié)構(gòu)相一致，相關(guān)性分析表明單細(xì)胞數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)中鑒定出的細(xì)胞類型一致性較高。
② 聯(lián)合已發(fā)表的人、小鼠皮膚單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)豬表皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞以及周細(xì)胞表達(dá)更多保守的特異性標(biāo)志基因，這些基因也與人類皮膚疾病相關(guān)，表明與小鼠相比，豬皮膚或許是一種更合適的人皮膚疾病研究模型。
③ 表皮細(xì)胞簇進(jìn)一步聚類得到9種亞型，OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞主要在E37U中存在，毛囊間表皮（IFE）基底層細(xì)胞與祖細(xì)胞從E41到E52表現(xiàn)出增加趨勢(shì)。擬時(shí)序分析結(jié)果顯示存在兩種分化軌跡，OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞—>IFE基底層細(xì)胞和真皮細(xì)胞前體（pre-DC）、OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞—>成熟毛囊基底（Pc）發(fā)育和毛囊（HF）及角質(zhì)細(xì)胞分化。真皮成纖維細(xì)胞簇進(jìn)一步聚類得到乳頭狀成纖維細(xì)胞和網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞，進(jìn)一步分析在E37U中鑒定出成纖維祖細(xì)胞。
④ 有毛豬中Pc的形成時(shí)期為E37-E41，無毛豬中缺乏Pc細(xì)胞。CytoTRACE、逆時(shí)序分析等結(jié)果表明，無毛豬OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞增殖和遷移異常導(dǎo)致Pc不能正常形成，BMP和TGFβ是引起OGN+/UCHL1+ 細(xì)胞形成Pc的首個(gè)信號(hào)通路。
圖4-ST和scRNA-seq鑒定的常見細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組之間具有高度一致性
5.豬出生后肝臟發(fā)育的單細(xì)胞動(dòng)態(tài)圖譜
英文標(biāo)題：Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs
發(fā)表期刊：Science Bulletin
影響因子：18.8
發(fā)布時(shí)間：2023-09
DOI：10.1016/j.scib.2023.09.021
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，出生后不同胎齡豬肝臟，D30(n = 3)，D42 (n = 3)，D150(n = 1)，D730(n = 2)。
單細(xì)胞核ATAC，D240(n=1)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 構(gòu)建迄今最全面的出生后豬肝臟單細(xì)胞發(fā)育圖譜，涵蓋斷奶前（30天）、斷奶后（42天）、生長高峰（150天）和成年階段（730天）這四個(gè)生長發(fā)育重要階段，數(shù)據(jù)涵蓋單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組以及單細(xì)胞ATAC數(shù)據(jù)，共鑒定到23種細(xì)胞類型，包括肝臟中的三種稀有細(xì)胞類型，漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（pDCs），CAVIN3+IGF2+內(nèi)皮細(xì)胞和EBF1+成纖維細(xì)胞。
② 發(fā)現(xiàn)斷奶前仔豬和成年豬脂肪酸合成的差異，擬時(shí)序分析鑒定出5693個(gè)基因在三個(gè)發(fā)育階段表現(xiàn)出顯著表達(dá)水平變化，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)33個(gè)階段特異性轉(zhuǎn)錄因子，例如D30富集參與調(diào)節(jié)出生后肝細(xì)胞成熟的轉(zhuǎn)錄因子EZH2，D42富集參與調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的CLOCK，還首次鑒定出成年豬肝竇內(nèi)皮特異性的轉(zhuǎn)錄因子LUAP2。通路富集分析結(jié)果顯示不同發(fā)育階段肝竇內(nèi)皮細(xì)胞富集的通路不同，D40是免疫相關(guān)通路富集，D730中主要是代謝相關(guān)通路基因表達(dá)上調(diào)。
③ 豬D30免疫細(xì)胞主要是NK（自然殺傷細(xì)胞）和T細(xì)胞，以往有報(bào)道表明新生小鼠免疫系統(tǒng)重髓系細(xì)胞占比更大，出生D30豬肝臟免疫系統(tǒng)可能發(fā)生了從髓系細(xì)胞到淋巴系細(xì)胞的免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。此外，豬trNK（組織駐留自然殺傷細(xì)胞）具有與人類相似的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)特征，或表明豬可以作為研究人trNK的理想模型。
圖5-單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）和單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）鑒定發(fā)育中肝臟細(xì)胞類型
免疫方向
6.豬腎異種移植排異的時(shí)空?qǐng)D譜
英文標(biāo)題：Spatiotemporal immune atlas of a clinicalgrade gene-edited pig-to-human kidney xenotransplant
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時(shí)間：2024-04
DOI：10.1038/s41467-024-47454-7
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，移植74h后切除的腎組織CD45+細(xì)胞（n=1）；
空間轉(zhuǎn)錄組，移植前豬腎穿刺組織，移植后24h/72h/74h豬腎穿刺組織（n=4）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 基因編輯豬腎移植給腦死亡且雙腎切除患者。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，未在異種移植后的豬腎組織中發(fā)現(xiàn)急性細(xì)胞排異或IgM/IgG/配體蛋白結(jié)合的證據(jù)，但發(fā)現(xiàn)急性腎小管壞死和病因不明的血栓性微血管病變。
② 移植后豬腎中髓系細(xì)胞是人和豬腎中檢測(cè)到的最多的免疫細(xì)胞，移植3天內(nèi)人B細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞很少檢測(cè)到，3天后檢測(cè)到的人免疫細(xì)胞增多但豐度遠(yuǎn)小于豬免疫細(xì)胞。
③ 移植3天后發(fā)現(xiàn)人類中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞主要與豬內(nèi)皮細(xì)胞共定位，人巨噬細(xì)胞主要與豬基質(zhì)細(xì)胞共定位，表明人免疫細(xì)胞對(duì)豬腎皮質(zhì)浸潤有限。
④ 移植豬腎中人和豬巨噬細(xì)胞更傾向于激活抗炎癥基因表達(dá)。
圖6-人髓系細(xì)胞對(duì)豬腎異種移植的有限浸潤
7.豬空腸免疫細(xì)胞單細(xì)胞圖譜
?
英文標(biāo)題：Single-Cell Transcriptional Analysis of Lamina Propria Lymphocytes in the Jejunum Reveals Innate Lymphoid Celllike Cells in Pigs
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時(shí)間：2024-01
DOI：10.4049/jimmunol.2300463
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，4周大仔豬，空腸固有層淋巴細(xì)胞（n=3），空腸先天淋巴樣細(xì)胞（n=3）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
② 豬空腸ILC標(biāo)志基因與人基因相似，包括IL-23R、AHR、NCR2等。此外，研究者發(fā)現(xiàn)ILC3可能分化成ILC2、ILC1和NK細(xì)胞。ILC3亞群種，ILC3b沒有明顯高表達(dá)基因，是ILC亞群中具有更高轉(zhuǎn)分化可塑性的亞群，IKZF1和TGFB1可能與該過程有關(guān)。
③ 豬ILC3表達(dá)TAC3基因，該基因編碼蛋白的受體是NK3R，可以促進(jìn)釋放促性腺激素釋放激素，繼而促進(jìn)性激素釋放，因此TAC3在促性腺激素軸上起到重要作用，因而可能存在腸/性腺軸，暗示豬腸道ILC3或調(diào)控性腺發(fā)育。
圖7-豬空腸中l(wèi)LC3s的分型研究
8.感染PEDV仔豬的空腸單細(xì)胞圖譜
?
英文標(biāo)題：Identification of Cell Types and Transcriptome Landscapes of Porcine Epidemic Diarrhea VirusInfected Porcine Small Intestine Using Single-Cell RNA Sequencing
發(fā)表期刊：The Journal of Immunology
發(fā)布時(shí)間：2023-02
DOI：10.4049/jimmunol.2101216
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，口服2ml PEDV-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合），口服對(duì)照液體-24h的3天大仔豬（n=1,4只豬樣本混合）
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 首次繪制感染PEDV（豬流行性腹瀉病毒）的仔豬小腸單細(xì)胞圖譜，使用人小腸細(xì)胞類型marker鑒定出12種細(xì)胞類型，發(fā)現(xiàn)豬小腸tuft細(xì)胞新特異性標(biāo)志基因DNAH11，結(jié)果表明多數(shù)人小腸特異性marker也可以用到豬研究中。此外，豬小腸Th17細(xì)胞（3和9簇）特異性高表達(dá)IL17A、IL7F和IL22，但不高表達(dá)T細(xì)胞代表性CD3，這可能與豬T細(xì)胞分化有關(guān)。
② 抗菌肽（AMP）相關(guān)基因分析結(jié)果顯示，僅DEFB115和REG3G在仔豬空腸部分的腸細(xì)胞中最為豐富，PEDV感染會(huì)導(dǎo)致REG3G顯著上調(diào)。REG3G表達(dá)與IL33、MyD88、STAT3等相關(guān)，在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)感染PEDV后IPEC-J2細(xì)胞IL33表達(dá)水平以及STAT3磷酸化水平顯著增加，表明IL33-STAT3信號(hào)通路可能在PEDV感染誘導(dǎo)的REG2G表達(dá)中起到重要作用。
③ 功能富集分析結(jié)果顯示，病毒感染導(dǎo)杯狀細(xì)胞、tuft細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞中緊密連接和粘附連接通路水平顯著降低，體外實(shí)驗(yàn)確認(rèn)PEDV感染的IPEC-J2細(xì)胞中，緊密連接通路相關(guān)基因表達(dá)顯著降低，但感染晚期粘附連接通路相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)水平表達(dá)顯著增加，這可能是由于不同腸細(xì)胞類型對(duì)PEDV感染的不同響應(yīng)導(dǎo)致的。冠狀病毒受體分析結(jié)果表明，豬小腸上皮細(xì)胞高表達(dá)多種不同的冠狀面病毒受體，這一發(fā)現(xiàn)支持豬易受冠狀病毒感染并表現(xiàn)感染相關(guān)腸道癥狀。
圖8-豬小腸空腸段細(xì)胞類型的測(cè)定
同源器官比較
9.脊椎動(dòng)物肺單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Origin and stepwise evolution of vertebrate lungs
發(fā)表期刊：Nature ecology & evolution
影響因子：14.1
發(fā)布時(shí)間：2025-2
DOI：10.1038/s41559-025-02642-6
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：
塞內(nèi)加爾多鰭魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/肌肉/胃（各器官，n=1）；
非洲肺魚，肺（n=2），腦/食管/鰓/心臟/腸/腎/肌肉/皮膚/胃（各器官，n=1）；
條紋斑竹鯊，壺腹/魚鰭/心臟/腸/胰腺/鰓/牙（各器官，n=3），腦/食管/腎（各器官，n=2），脾臟（n=6），眼睛（n=1）；雞肺，E6/E7/P3（各時(shí)期，n=1）；
非洲牛蛙肺（n=2）；鬃獅蜥肺（n=1）。
人/小鼠/大鼠/豬的肺數(shù)據(jù)使用已有的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)。
百邁客生物為塞內(nèi)加爾多鰭魚和非洲肺魚除肺以外的組織，提供了百創(chuàng)DG1000單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析9種動(dòng)物的成體/胚胎肺組織及其他組織，發(fā)現(xiàn)軟骨魚具有多個(gè)肺發(fā)育所必須得遺傳組分，包括肺特異性基因，但不同物種中這些基因的表達(dá)模式和功能可能有差異，表明軟骨魚距離擁有肺在“進(jìn)化上只差一步之遙”；軟骨魚食管和胃中，少量細(xì)胞共表達(dá)對(duì)呼吸脊椎動(dòng)物肺功能十分重要的sftpb和abca3基因，暗示頜類脊椎動(dòng)物最近共同祖先（LCA）經(jīng)歷顯著的演化變化，不僅發(fā)育出重要特征如頜和成對(duì)附件，還為肺最終出現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
② 許多保守的非編碼組分（CNE）來源于頜類脊椎動(dòng)物祖先，暗示肺的遺傳基礎(chǔ)可能在脊椎動(dòng)物演化很早就出現(xiàn)，但無肺蠑螈中缺失的CNE與其促肺活性無關(guān)，表明這些組分可能還具有除肺發(fā)育以外的多種功能；硬骨魚祖先來源的CNE在無肺蠑螈表現(xiàn)出更高的丟失率，也反映出這些CNE具有顯著的肺功能特異性，強(qiáng)調(diào)了復(fù)雜器官起源中調(diào)控組分演化的重要性。這些證據(jù)暗示肺起源的兩個(gè)階段過程，最開始頜類脊椎動(dòng)物L(fēng)CA出現(xiàn)基礎(chǔ)的肺相關(guān)遺傳組分，隨后譜系演化出更特異性的肺增強(qiáng)子產(chǎn)生硬骨魚；功能完全的肺可能在軟骨魚和硬骨魚譜系分開后演化而來。
③ 全基因組復(fù)制對(duì)肺演化很重要，1866個(gè)肺相關(guān)直系同源基因中有776個(gè)是脊椎動(dòng)物兩輪全基因組復(fù)制（2R-WGD）的產(chǎn)物；哺乳動(dòng)物譜系特異的基因復(fù)制也十分重要，sfta2-/-小鼠表現(xiàn)出明顯的呼吸疾病，包括顯著的炎癥。
④ 研究成果支持了兩個(gè)關(guān)于復(fù)雜器官的前期假設(shè)。首先，肺進(jìn)化是一個(gè)逐步過程，與達(dá)爾文預(yù)測(cè)相一致，與眼睛和其他器官類似，肺演化似乎是隨時(shí)間逐漸發(fā)生的。其次，反映了Jacob定律，即演化類似“修補(bǔ)匠”，使用已有的遺傳基礎(chǔ)，包括招募、征用已經(jīng)存在的基因和調(diào)控組分?？傊?，這些結(jié)果表明調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的修改對(duì)肺的起源和演化是十分重要的，新基因或基因重復(fù)的出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)材料，即使這些基因并不會(huì)立刻發(fā)揮作用。
10.野豬/萊蕪豬/杜洛克豬新生骨骼肌單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Single-Cell RNA-Sequencing Provides Insight into Skeletal Muscle Evolution during the Selection of Muscle Characteristics
發(fā)表期刊：Advanced Science
影響因子：14.3
發(fā)布時(shí)間：2023-10
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)繪制了野豬、萊蕪豬和杜洛克豬新生骨骼肌駐留細(xì)胞圖譜，鑒定出9種細(xì)胞類型，包括成肌細(xì)胞、肌細(xì)胞、衛(wèi)星細(xì)胞等，定義兩種新亞型，MT豐富FAP（?bro-adipogenic progenitors）以及肌細(xì)胞樣FAP。
② 與不同物種的胎兒和成體骨骼肌相比，豬新生骨骼肌細(xì)胞組成類型更豐富。例如，豬新生骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞不僅包含衛(wèi)星干細(xì)胞（PAX7+），還包括兩個(gè)有不同肌源性潛能的亞群（HES1+和TRIB1+衛(wèi)星細(xì)胞）；少有研究可解答骨骼肌中FAP的異質(zhì)性，但本研究發(fā)現(xiàn)4種FAP亞群。與人、小鼠骨骼肌數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)豬骨骼肌駐留細(xì)胞的通用marker和物種特異性的marker。
③ 豬新生骨骼肌中發(fā)現(xiàn)增殖分化活性狀態(tài)的干性樣細(xì)胞，如pro-NK/T、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）、間質(zhì)細(xì)胞等，且MSC和FAP間存在一群具有典型標(biāo)志基因如CD73、CD90和PDGFRA的連續(xù)態(tài)細(xì)胞亞群。此外，擬時(shí)序分析揭示杜洛克豬新生骨骼肌中的成肌譜系干細(xì)胞處于初始階段，野豬的成肌譜系已處于分化末期和成熟期，萊蕪豬位于中間態(tài)。
④ 不同品種豬具有不同骨骼肌表型，它們骨骼肌駐留細(xì)胞譜系存在一定差異。與家豬相比，野豬缺少兩種FAP亞群，但存在THY1+衛(wèi)星細(xì)胞；發(fā)現(xiàn)品種特異性細(xì)胞類型，例如萊蕪豬具有COL13A1+ 腱細(xì)胞；與萊蕪豬和野豬相比，杜洛克豬新生肌肉中具有更多增殖的前體脂肪細(xì)胞，或意味杜洛克豬未來選育后可積累更高的IMF（肌內(nèi)脂肪）。
圖9-野豬、萊蕪豬和杜洛克豬骨骼肌細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜分析
11.人/小鼠/大鼠/豬胃竇跨物種比較單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Cross-species single-cell transcriptomic analysis of animal gastric antrum reveals intense porcine mucosal immunity
發(fā)表期刊：Cell Regeneration
發(fā)布時(shí)間：2023-08
DOI：10.1186/s13619-023-00171-w
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，人（n=4），小鼠（n=3），大鼠（n=3），豬（n=3）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)構(gòu)建人、豬、大鼠和小鼠的胃竇單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，鑒定出9種類型的細(xì)胞，包括小凹黏膜細(xì)胞、小凹祖細(xì)胞、基底腺粘液細(xì)胞等。絕大多數(shù)類型的細(xì)胞存在于兩個(gè)或者多個(gè)物種中，F(xiàn)3和CLCA1低表達(dá)水平的祖細(xì)胞僅在人類和豬的胃竇上皮中發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)F3的基底粘液腺細(xì)胞僅在豬胃竇上皮中發(fā)現(xiàn)，通路富集分析表明F3+細(xì)胞類群可能與細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖以及蛋白穩(wěn)定維持相關(guān)。
② 功能富集分析結(jié)果表明，人的胃竇上皮高表達(dá)金屬離子穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因，豬的胃竇上皮高表達(dá)免疫相關(guān)基因，大鼠和小鼠的胃竇上皮高表達(dá)脂代謝相關(guān)基因，這種差異可能是由于飲食習(xí)慣導(dǎo)致的。豬胃竇上皮類器官bulk RNA-seq數(shù)據(jù)也確認(rèn)這一發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步的豬胃竇上皮細(xì)胞類器官體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TNFα能夠特異性地上調(diào)T細(xì)胞和B細(xì)胞活化相關(guān)基因，這些結(jié)果表明，正常生理狀態(tài)下豬胃竇上皮細(xì)胞具有強(qiáng)免疫能力，可能與其復(fù)雜飲食習(xí)慣和居住環(huán)境有關(guān)。
③ 進(jìn)一步分析人和豬胃竇中的免疫細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)人胃竇免疫細(xì)胞高表達(dá)B細(xì)胞/T細(xì)胞激活和功能相關(guān)基因，而豬胃竇顯著高表達(dá)B細(xì)胞/T細(xì)胞細(xì)胞增殖相關(guān)基因；細(xì)胞通訊分析結(jié)果顯示，人胃竇中上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞間高表達(dá)或特異性表達(dá)免疫細(xì)胞產(chǎn)生、成熟、維持和功能相關(guān)受配體對(duì)，而豬中主要是與上皮細(xì)胞生長分化、抗炎癥和抗菌、免疫細(xì)胞增殖相關(guān)。
圖10-scRNA-seq分析揭示了人、豬大鼠和小鼠胃竇細(xì)胞組成及基因表達(dá)譜
基礎(chǔ)圖譜
12.豬器官全景單細(xì)胞圖譜
英文標(biāo)題：Endothelial cell heterogeneity and microglia regulons revealed by a pig cell landscape at single-cell level
發(fā)表期刊：Nature Communications
影響因子：14.7
發(fā)布時(shí)間：2022-06
DOI：10.1038/s41467-022-31388-z
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)空部分：
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，6個(gè)月大豬，肝（n=1），血液PBMC（n=1），視網(wǎng)膜（n=1），脾臟（n=1），腸道（n=1），肺（n=1），脂肪組織（n=2）。
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組，6個(gè)月大豬，腦（n=9），視網(wǎng)膜（n=1)，腎臟（n=1），心臟（n=1），脾臟（n=1），肝臟（n=1），肺（n=1）。
研究?jī)?nèi)容總結(jié)：
① 使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，構(gòu)建首個(gè)家豬多器官單細(xì)胞圖譜，得到234種降維聚類簇，鑒定出58種細(xì)胞類型及其相關(guān)的顯著富集標(biāo)志基因，搭建了可視化家豬單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫（Pig Single Cell Atlas Database）。
② 對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，鑒定出21種具有特異表達(dá)特征和功能的血管內(nèi)皮細(xì)胞類型，包括脂肪組織中依賴于TGF-b2信號(hào)通路內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化亞型；人/豬肝臟、腎臟和心臟組織中，內(nèi)皮細(xì)胞主要通過VEGF、PDGF，TGF-β和BMP通路與其他細(xì)胞類型互作，但不同細(xì)胞類型的互作通路有差異，例如豬內(nèi)皮細(xì)胞可與肝臟免疫細(xì)胞、心臟所有細(xì)胞細(xì)胞類型通過PDGF交流，但在腎臟中可通過PDGF通路與內(nèi)皮細(xì)胞交流的僅有足細(xì)胞。總之，這些結(jié)果表明家豬單細(xì)胞圖譜為研究豬或人組織中細(xì)胞間互作提供了有參考價(jià)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
③ 對(duì)家豬、人、小鼠、猴、倉鼠、栗鼠、鼴鼠等13個(gè)物種的大腦小膠質(zhì)細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1590個(gè)保守的轉(zhuǎn)錄組因子（TF）靶向?qū)Γ渲蠱EF2C、SPI1、IRF8、ZFP36L1在13個(gè)物種的小膠質(zhì)細(xì)胞中均高表達(dá)，這些結(jié)果表明家豬單細(xì)胞圖譜為研究不同物種小膠質(zhì)細(xì)胞保守和差異的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)未來腦小膠質(zhì)細(xì)胞功能研究發(fā)展具有重要意義。
圖11-豬20種組織單細(xì)胞圖譜
從以上文章可以看到，豬相關(guān)研究除了養(yǎng)殖、繁育、品種優(yōu)化、營養(yǎng)學(xué)、表型性狀、遺傳演化等方面，生殖、發(fā)育、衰老、損傷與修復(fù)、異種移植、神經(jīng)學(xué)等方向研究成果也具有較高參考和轉(zhuǎn)化價(jià)值。未來，可能會(huì)出現(xiàn)豬睪丸、胚胎發(fā)育、心血管組織、腦組織、疾病模型、異種移植/同種異體移植、鼻嗅覺、舌味覺、免疫系統(tǒng)等方向的研究成果。
Ps：關(guān)注時(shí)空組學(xué)在豬領(lǐng)域研究請(qǐng)聯(lián)系當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)經(jīng)理獲取原文~
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]]>近年來，光合作用作為植物生命活動(dòng)的核心環(huán)節(jié)，與糧食安全、能源開發(fā)及氣候變化等全球性挑戰(zhàn)密切相關(guān)，備受科學(xué)界和行業(yè)的高度關(guān)注。時(shí)空組學(xué)技術(shù)是近年來比較火熱的技術(shù)之一，在植物領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛且深入，該技術(shù)通過同時(shí)獲取細(xì)胞的空間位置信息和基因表達(dá)數(shù)據(jù)，為理解植物組織生長發(fā)育、生理生化、抗逆應(yīng)激、生物進(jìn)化等多個(gè)方面提供了重要的研究手段。
于是，我問DeepSeek：植物如何利用時(shí)空組學(xué)進(jìn)行光合作用研究？
植物利用時(shí)空組學(xué)（Spatio-Temporomics）研究光合作用，主要通過整合空間組學(xué)（空間分辨的分子數(shù)據(jù)）和時(shí)間組學(xué)（動(dòng)態(tài)變化的分子數(shù)據(jù)），揭示光合作用相關(guān)基因、蛋白質(zhì)、代謝物等在時(shí)間和空間上的協(xié)同調(diào)控機(jī)制。以下是具體研究方向和技術(shù)的應(yīng)用：1.空間組學(xué)解析光合作用的細(xì)胞/組織異質(zhì)性
- 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)：
利用單細(xì)胞或空間分辨轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（如10x Genomics Visium、MERFISH），定位光合作用相關(guān)基因（如編碼光系統(tǒng)蛋白的基因、卡爾文循環(huán)酶基因）在葉片不同細(xì)胞類型（葉肉細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞）或不同組織區(qū)域的表達(dá)差異。例如，C4植物中光合基因在葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞中的空間特異性表達(dá)。
- 空間蛋白質(zhì)組學(xué)：
通過質(zhì)譜成像（MALDI-MSI）或熒光標(biāo)記技術(shù)，研究光合作用關(guān)鍵蛋白（如Rubisco、PSII復(fù)合體）在葉綠體基質(zhì)、類囊體膜等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的分布，以及光強(qiáng)變化對(duì)蛋白定位的影響。
- 空間代謝組學(xué)：
分析光合中間產(chǎn)物（如ATP、NADPH、蔗糖）在葉片不同區(qū)域的動(dòng)態(tài)積累，揭示光合同化產(chǎn)物（如淀粉、糖）的運(yùn)輸與分配機(jī)制。
2.時(shí)間組學(xué)揭示光合作用的動(dòng)態(tài)調(diào)控
- 晝夜節(jié)律與光響應(yīng)：
通過時(shí)間序列轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，研究光合作用基因（如LHCB、PIFs）在晝夜周期中的表達(dá)波動(dòng)，以及光信號(hào)（如紅光、藍(lán)光）如何通過生物鐘調(diào)控光合效率。
- 發(fā)育階段動(dòng)態(tài)：
比較幼苗、成熟葉、衰老葉中光合相關(guān)基因的時(shí)序表達(dá)模式，揭示葉綠體發(fā)育（如原質(zhì)體分化）和衰老過程中光合能力的動(dòng)態(tài)變化。
- 環(huán)境脅迫響應(yīng)：
分析高溫、干旱或高光脅迫下，植物光合作用相關(guān)基因和代謝物的短期（分鐘級(jí)）和長期（數(shù)天）響應(yīng)，例如光保護(hù)機(jī)制（非光化學(xué)淬滅，NPQ）的動(dòng)態(tài)調(diào)控。
3.時(shí)空整合解析光合作用的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)
- 多組學(xué)整合：
結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組數(shù)據(jù)，構(gòu)建光合作用基因-酶-代謝物的時(shí)空調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。例如，光合同化產(chǎn)物（如蔗糖）的輸出如何與維管組織發(fā)育相關(guān)聯(lián)。
- 細(xì)胞間通訊研究：
利用空間組學(xué)數(shù)據(jù)，分析葉肉細(xì)胞與維管束鞘細(xì)胞之間的代謝物交換（如C4植物的CO2濃縮機(jī)制），或共生微生物（如固氮菌）如何影響宿主光合作用。
- 3D時(shí)空建模：
通過計(jì)算模型模擬葉片中光梯度、CO2擴(kuò)散與光合基因表達(dá)的空間耦合關(guān)系，預(yù)測(cè)最優(yōu)光合效率的葉片結(jié)構(gòu)。
4.應(yīng)用場(chǎng)景與案例
- C3與C4植物比較：
時(shí)空組學(xué)可揭示C4植物光合細(xì)胞分工（Kranz結(jié)構(gòu)）的進(jìn)化機(jī)制，例如PEP羧化酶在維管束鞘細(xì)胞中的特異性表達(dá)。
- 作物改良：
通過篩選光合效率時(shí)空差異的基因（如調(diào)控氣孔開閉的基因），設(shè)計(jì)高光效作物品種。
- 極端環(huán)境適應(yīng)：
研究荒漠植物（如仙人掌）如何在干旱條件下時(shí)空調(diào)控光合相關(guān)基因，減少水分流失。
5.技術(shù)挑戰(zhàn)與未來方向
- 技術(shù)限制：
當(dāng)前空間組學(xué)分辨率（單細(xì)胞/亞細(xì)胞級(jí)別）和通量仍需提升，尤其是葉綠體內(nèi)分子動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
- C3與C4植物比較：
跨尺度（分子-細(xì)胞-組織）和多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析需要更強(qiáng)大的算法支持。
- 活體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：
開發(fā)非侵入式成像技術(shù)（如熒光報(bào)告系統(tǒng)），實(shí)時(shí)追蹤光合作用相關(guān)分子的時(shí)空動(dòng)態(tài)。
DeepSeek提到的當(dāng)前空間組學(xué)分辨率（單細(xì)胞/亞細(xì)胞級(jí)別）和通量的限制，百邁客生物已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化提升，推出了百創(chuàng)S3000空間轉(zhuǎn)錄組芯片（捕獲區(qū)面積：6.8*6.8mm2，相鄰兩個(gè)捕獲位點(diǎn)的中心距為3.5μm）。該芯片具有高基因捕獲效率，搭配植物多尺度細(xì)胞分割技術(shù)，部分植物組織單個(gè)細(xì)胞中位基因數(shù)可達(dá)1000+，基因捕獲能力媲美單細(xì)胞測(cè)序。
關(guān)于應(yīng)用方向場(chǎng)景案例，DeepSeek究竟說的對(duì)不對(duì)？
我們還需要結(jié)合已發(fā)表的文獻(xiàn)看一看，于是小編又下載盤點(diǎn)了7篇植物光合作用方向的時(shí)空組學(xué)文章，這些成果發(fā)表期刊有Nature(IF=50.5)與預(yù)印本系統(tǒng)bioRxiv。研究的物種涉及水稻、高粱、玉米、狗尾草、黍、冰葉日中花、Urochloa fusca、堇娘芥等，涉及組織部位主要是幼苗葉片、葉原基等。
接下來，我們一起來看看植物光合作用方向的時(shí)空組學(xué)應(yīng)用進(jìn)展吧！
1.祖先細(xì)胞身份網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)C4光合作用的進(jìn)化
英文標(biāo)題：Exaptation of ancestral cell-identity networks enables C4?photosynthesis發(fā)表期刊：Nature
影響因子：50.5
物種樣本：水稻（Oryza sativa，C3植物）、高粱（Sorghum bicolor，C4植物）
測(cè)序策略：單細(xì)胞核RNA測(cè)序、單細(xì)胞核多組學(xué)測(cè)序、高分辨率sci-RNA-seq3技術(shù)
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08204-3
發(fā)表時(shí)間：2024.11.20
取樣策略：
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組：水稻和高粱幼苗暗生長5天后，在光周期（12h光/12h暗）中采集0h（暗）、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、48h共9個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地上組織。總計(jì)水稻190,569個(gè)核、高粱265,701個(gè)核。
圖1-水稻和高粱單細(xì)胞測(cè)序取樣過程示意圖
① 地球上大多數(shù)高產(chǎn)植物通過C4途徑進(jìn)行光合作用，相較于原始的C3途徑，C4途徑的光合效率提高了50%。維管束鞘細(xì)胞在激活光合作用中扮演了關(guān)鍵角色。然而，維管束鞘細(xì)胞如何執(zhí)行光合調(diào)控功能尚不明確。
② 該研究通過單細(xì)胞RNA測(cè)序(sc-RNAseq)和單細(xì)胞轉(zhuǎn)座酶可及性染色質(zhì)測(cè)序(sc-ATACseq)，揭示了C4葉片中維管束鞘細(xì)胞基因表達(dá)的變化與C3葉片中已知的順式調(diào)控元件相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在C3植物水稻和C4植物高粱中，DOF motif在維管束鞘細(xì)胞中定位，并能調(diào)控光合作用的發(fā)展。在高粱中，大多數(shù)受光合作用調(diào)控的高表達(dá)基因都受到DOF motif的調(diào)控。這些轉(zhuǎn)錄因子在不同細(xì)胞間穩(wěn)定表達(dá)，并能在C3和C4植物葉片的維管束鞘細(xì)胞中激活光合作用。
③ 該研究結(jié)果為理解復(fù)雜的C4途徑進(jìn)化提供了分子層面的見解，并為指導(dǎo)C3和C4作物的生長發(fā)育提供了理論基礎(chǔ)。
圖2-水稻和高粱幼苗去黃化過程中單細(xì)胞核的基因表達(dá)和染色質(zhì)可及性
2.禾本科植物單細(xì)胞分辨率下C3與C4光合作用順式調(diào)控基礎(chǔ)研究
英文標(biāo)題：Investigating the cis-Regulatory Basis of?C3?and?C4?Photosynthesis in Grasses at Single-Cell Resolution發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：C4植物：玉米（Zea mays，NADP-ME型）、高粱（Sorghum bicolor，NADP-ME型）、黍（Panicum miliaceum，NAD-ME型）、Browntop Signalgrass（Urochloa fusca，PEPCK型）；對(duì)照C3植物：水稻（Oryza sativa）
測(cè)序策略：sciATAC-seq
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.05.574340
發(fā)布時(shí)間：2024.01.05
取樣策略：
發(fā)育階段：C4物種取第三葉展開期葉片，C3水稻取18天齡葉片；
技術(shù)重復(fù)：每個(gè)物種設(shè)置生物學(xué)重復(fù)，總計(jì)玉米16,060核、高粱15,301核、黍7,081核、Browntop Signalgrass共19,110核、水稻5,952核。
① 盡管關(guān)于C4光合作用關(guān)鍵酶的研究已經(jīng)有了相當(dāng)多的認(rèn)識(shí)，但對(duì)于在特定細(xì)胞類型中指定其表達(dá)的重要順式調(diào)控機(jī)制（cis-regulation）的了解卻少之又少。
② 該研究使用單細(xì)胞sci-ATAC-seq來鑒定與C4酶相關(guān)的特異細(xì)胞類型的可及染色質(zhì)區(qū)域（ACRs），研究涵蓋了五種不同的禾本科植物，包括四種C4植物和一種C3植物。其中，C4植物分屬三種不同的光合亞型：玉米（Zea mays）和高粱（Sorghum bicolor）屬于NADP-ME亞型；黍（Panicum miliaceum）屬于NAD-ME亞型；Urochloa fusca屬于PEPCK亞型；C3植物水稻（Oryza sativa）
③ 該研究繪制了所有C4植物中必需酶和各C4亞型特有酶的cis-調(diào)控圖譜，并使用染色質(zhì)可及性數(shù)據(jù)測(cè)量C4酶的特定細(xì)胞類型偏好。將這些數(shù)據(jù)與系統(tǒng)發(fā)育學(xué)相結(jié)合，揭示了物種間基因家族成員的多樣化共選擇，展示了C4進(jìn)化的不同路徑。除了啟動(dòng)子近端ACRs，研究發(fā)現(xiàn)C4基因平均每個(gè)都有兩到三個(gè)遠(yuǎn)端特異性細(xì)胞類型的ACRs，這突出了C4進(jìn)化的復(fù)雜性和多樣性。在研究這些特異性細(xì)胞類型ACRs的進(jìn)化歷史時(shí)，發(fā)現(xiàn)即使在密切相關(guān)的物種中，也存在從保守到新穎的ACRs光譜，表明這些C4位點(diǎn)的順式調(diào)控正在持續(xù)進(jìn)化。
④ 該研究揭示了C4光合作用關(guān)鍵基因位點(diǎn)的順式調(diào)控進(jìn)化動(dòng)態(tài)和復(fù)雜性，尤其強(qiáng)調(diào)了這些位點(diǎn)的精細(xì)化順式調(diào)控進(jìn)化。研究成果為未來進(jìn)一步探索提供了重要資源，可能有助于在氣候變化條件下優(yōu)化C3作物的性能。
圖3-在單細(xì)胞分辨率下對(duì)不同作物的細(xì)胞類型注釋
3.單細(xì)胞分辨率下冰葉日中花CAM誘導(dǎo)的葉肉特異性晝夜動(dòng)態(tài)
英文標(biāo)題：Mesophyll-Specific Circadian Dynamics of CAM Induction in the Ice Plant Unveiled by Single-Cell Transcriptomics發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum，兼性CAM植物）
測(cè)序策略：單細(xì)胞核RNA測(cè)序、Iso-Seq全長轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、基因組組裝
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.05.574430
發(fā)布時(shí)間：2024.01.05
取樣策略：
處理?xiàng)l件：鹽脅迫組：5周齡植株經(jīng)0.5M NaCl處理8天；
對(duì)照組：正常灌溉植株；
時(shí)間點(diǎn)：光周期（12h光/12h暗）中采集黎明（Dawn）和黃昏（Dusk）樣本，鹽處理組與對(duì)照組各取2個(gè)時(shí)間點(diǎn)，共4組樣本的葉片；
單細(xì)胞核測(cè)序：共獲取17,994個(gè)高質(zhì)量核，注釋17個(gè)細(xì)胞簇，覆蓋葉肉（海綿/柵欄）、表皮、保衛(wèi)細(xì)胞、木質(zhì)部、韌皮部等
① 景天酸代謝（Crassulacean acid metabolism, CAM）是C3光合作用二氧化碳固定途徑的一個(gè)進(jìn)化改良形式，大約有7%的陸生植物通過這種方式適應(yīng)干旱環(huán)境。可誘導(dǎo)型CAM植物，例如冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum，普通冰草），擁有一種獨(dú)特的能力，能夠在高鹽度和水分不足的脅迫下從C3光合作用切換到CAM光合作用。
② 該研究通過單核RNA測(cè)序（snRNA-seq），結(jié)合一個(gè)全新高質(zhì)量組裝和注釋的基因組，對(duì)冰草從C3到CAM的環(huán)境誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變進(jìn)行了表征，以識(shí)別其潛在的調(diào)控因子。針對(duì)在黎明和黃昏采集的冰草葉片在C3和CAM切換過程中單核RNA測(cè)序數(shù)據(jù)的分析，揭示了在CAM誘導(dǎo)初期葉肉細(xì)胞中存在顯著的轉(zhuǎn)錄變化。
③ 值得注意的是，該研究發(fā)現(xiàn)標(biāo)明了黃昏時(shí)參與CAM或C3光合作用的不同葉肉亞細(xì)胞類型。細(xì)胞軌跡推斷分析重建了全天候（24小時(shí)）的CAM和C3周期，直接比較了兩條途徑中的基因表達(dá)譜。這項(xiàng)對(duì)比研究揭示了CAM和C3細(xì)胞軌跡中關(guān)鍵晝夜節(jié)律基因的不同表達(dá)模式，表明晝夜節(jié)律調(diào)控與CAM的誘導(dǎo)之間存在聯(lián)系。
圖4-所有四個(gè)snRNAseq數(shù)據(jù)集的UMAP聚類
4.植物細(xì)胞類型特異性順式調(diào)節(jié)元件的進(jìn)化
英文標(biāo)題：Evolution of plant cell-type-specific?cis-regulatory elements發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：核心物種：水稻（Oryza sativa，C3植物）
比較物種：玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum bicolor）、黍（Panicum miliaceum）、Urochloa fusca
測(cè)序策略：單細(xì)胞ATAC測(cè)序、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（Slide-Seq V2）、Iso-Seq全長轉(zhuǎn)錄組測(cè)序
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.01.08.574753
發(fā)布時(shí)間：2024.01.08
取樣策略：
單細(xì)胞ATAC測(cè)序：水稻：葉、根、種子、穗等9個(gè)器官；發(fā)育階段：葉原基（P3-P6）、成熟葉（V4階段）；其他物種：玉米、高粱、黍、Browntop Signalgrass
空間轉(zhuǎn)錄組：水稻根
① Cis調(diào)控元件（Cis-regulatory elements, CREs）在基因表達(dá)調(diào)控中至關(guān)重要，但其進(jìn)化機(jī)制的理解仍然具有挑戰(zhàn)性。
② 該研究構(gòu)建了一個(gè)全面的水稻（Oryza sativa）染色質(zhì)可及性單細(xì)胞圖譜，整合了來自103,911個(gè)細(xì)胞核、代表126種離散細(xì)胞狀態(tài)的九個(gè)不同器官的數(shù)據(jù)。通過比較基因組學(xué)，分析了水稻與另外四種禾本科植物（玉米?Zea mays、高粱?Sorghum bicolor、黍?Panicum miliaceum?和?Urochloa fusca）中57,552個(gè)細(xì)胞核的細(xì)胞類型分辨染色質(zhì)可及性之間的差異。
③ 研究發(fā)現(xiàn)，可及染色質(zhì)區(qū)域（Accessible Chromatin Regions, ACRs）的保守性水平因細(xì)胞類型特異性程度的不同而有所區(qū)別。還發(fā)現(xiàn)ACRs、保守的非編碼序列、細(xì)胞類型特異性、保守性和組織特異性切換之間存在復(fù)雜關(guān)系。此外，該研究發(fā)現(xiàn)表皮ACRs相比于其他細(xì)胞類型的ACRs保守性較低，這可能表明這些物種的L1來源的表皮層經(jīng)歷了更快速的調(diào)控進(jìn)化。最后，研究人員鑒定并表征了一組與抑制性組蛋白修飾H3K27me3重疊的保守ACRs，這表明它們可能是由進(jìn)化保留下來的類沉默子CREs。
④ 總體而言，這種比較基因組學(xué)方法揭示了植物細(xì)胞類型特異性CRE進(jìn)化的動(dòng)態(tài)特征。
圖5-利用scATAC-seq數(shù)據(jù)鑒定水稻的細(xì)胞類型和表征ACRs
5.玉米葉原基單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜揭示Kranz解剖結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制
英文標(biāo)題：Single-cell?resolved?differentiation?of?pre-Kranz?anatomy?in?maize?leaf?primordia發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：玉米（Zea mays?B73）、水稻（Oryza sativa Nipponbare）
測(cè)序策略：單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組、bulk-RNA seq
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.07.10.602848
發(fā)布時(shí)間：2024.07.14
取樣策略：
從玉米葉原基：P3-P6原基分段取樣（M3tip、M3middle、M3base；M2top、M2base）、3-4 mm P4原基單細(xì)胞核分離；水稻葉片原基：5 mm原基分段取樣（R3tip、R3middle、R3base）
① 典型的C4植物如玉米，具有高度優(yōu)化的Kranz型葉片結(jié)構(gòu)，其中特定的花環(huán)狀結(jié)構(gòu)由圍繞葉脈緊密排列的葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞組成。
② 該研究區(qū)分了早期葉原基中維管發(fā)育的活躍區(qū)域，并通過分段的玉米和水稻葉原基的比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，識(shí)別出可能參與早期Kranz發(fā)育的基因群。利用單細(xì)胞核RNA測(cè)序（snRNA-seq），進(jìn)一步探討了單個(gè)玉米葉原基中的細(xì)胞異質(zhì)性和發(fā)育軌跡。借助原位雜交技術(shù)，識(shí)別了mGM和原形成層的細(xì)胞簇，候選標(biāo)記基因顯示出不同但相互關(guān)聯(lián)的表達(dá)模式。維管標(biāo)記基因ZmSHR1的定位先于ZmEREB161和ZmEREB114，這兩者在原形成層的起始階段表達(dá)。
③ 該研究描繪了從發(fā)展中的玉米原基尖端向下的潛在維管束鞘細(xì)胞亞群和不同層次的葉肉細(xì)胞。
④ 綜上所述，該研究識(shí)別出潛在源自mGM或定位于原形成層的Kranz調(diào)控因子，并提供了在亞原基和單細(xì)胞分辨率下研究玉米和水稻葉脈發(fā)育的資源。
圖6-玉米P4葉原基的細(xì)胞異質(zhì)性
6.C4草本植物Kranz解剖結(jié)構(gòu)形成過程中預(yù)存調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重編程
英文標(biāo)題：Comparative spatiotemporal single cell transcriptomes reveal rewiring of pre-existing regulations during emergence of Kranz anatomy in C4?grasses發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum bicolor）、狗尾草（Setaria viridis）、水稻（Oryza sativa）
測(cè)序策略：單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組、高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.10.28.620769
發(fā)布時(shí)間：2024.10.28
取樣策略：
單細(xì)胞核&空間轉(zhuǎn)錄組：12日齡玉米幼苗基部莖段葉原基（P3-P6），通過Cellpose 2.0識(shí)別細(xì)胞壁輪廓，提取14,037個(gè)空間單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組
① 世界上許多高產(chǎn)的糧食作物和生物能源作物都采用C4光合作用，這種光合作用通過基于Kranz解剖結(jié)構(gòu)的CO2濃縮機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高光合效率。
② 該研究通過比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)的方法，結(jié)合玉米（Zea mays）葉原基的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，以及三種C4植物（玉米、高粱、狗尾草）和一種C3植物（水稻）對(duì)應(yīng)葉組織的單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）圖譜，研究了Kranz解剖結(jié)構(gòu)發(fā)育和演化過程中涉及的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
③ 研究表明，Kranz解剖結(jié)構(gòu)的形成涉及對(duì)現(xiàn)有調(diào)控模塊的廣泛招募和改造，特別是SHR-SCR模塊和生長素信號(hào)通路。研究還發(fā)現(xiàn)，INDETERMINATE DOMAIN（IDD）家族轉(zhuǎn)錄因子（如IDD7和IDDP1）在這些模塊的改造中發(fā)揮了重要作用。這種對(duì)現(xiàn)有基因調(diào)控程序的廣泛招募和改造，是C4光合作用在演化過程中反復(fù)出現(xiàn)的基礎(chǔ)機(jī)制。
圖7-玉米葉原基的空間轉(zhuǎn)錄組研究
7.C3-C4中間型十字花科植物維管束鞘細(xì)胞在光呼吸穿梭中的功能
英文標(biāo)題：Single-nuclei sequencing of Moricandia arvensis reveals bundle sheath cell function in the photorespiratory shuttle of?C3-C4?intermediate Brassicaceae發(fā)表期刊：bioRxiv
物種樣本：C3-C4?中間型植物：堇娘芥（Moricandia arvensis）
測(cè)序策略：單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組
DOI：https://doi.org/10.1101/2024.12.02.626447
發(fā)布時(shí)間：2024.12.02
取樣策略：
單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組：取5-6葉期堇娘芥幼苗的第五、第六葉片（距地面5mm處）
公共數(shù)據(jù)：擬南芥葉片單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)
幼年期：0、1、2、3、4周；成年期：6、8、12周；老年期：6月、1年、2年。
① 基因表達(dá)的空間限制決定了細(xì)胞身份，并且是復(fù)雜植物性狀的基礎(chǔ)。在從C3光合作用向更高效的C4光合作用的進(jìn)化過程中，將甘氨酸脫羧酶反應(yīng)限制在維管束鞘細(xì)胞內(nèi)，通過光呼吸甘氨酸穿梭啟動(dòng)了碳濃縮機(jī)制。通常認(rèn)為，這一進(jìn)化步驟在從祖先的C3光合作用向C4光合作用的過渡中起到了重要作用。執(zhí)行這一穿梭機(jī)制的植物通常被稱為C3-C4中間型植物或C2植物。在十字花科（Brassicaceae）家族中，這類植物至少獨(dú)立進(jìn)化了五次。然而，關(guān)于十字花科C3-C4中間型植物的生物化學(xué)研究?jī)H限于少數(shù)關(guān)于葉肉細(xì)胞與維管束鞘細(xì)胞之間差異定位蛋白的案例研究。
② 該研究利用最近在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方面的進(jìn)展，更好地理解新的細(xì)胞特化如何影響相互關(guān)聯(lián)的途徑。研究人員為具有C3-C4中間特征的堇娘芥（Moricandia arvensis）生成了單細(xì)胞核RNA測(cè)序數(shù)據(jù)集，并將其與公開可用的C3擬南芥（Arabidopsis thaliana）葉組織的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較，還通過免疫金標(biāo)記技術(shù)結(jié)合電子顯微鏡獨(dú)立驗(yàn)證了選定光呼吸蛋白的定位。
③ 該研究分析揭示了與光呼吸甘氨酸脫羧酶反應(yīng)直接相關(guān)的基因表達(dá)的變化，同時(shí)也包括相關(guān)途徑的基因表達(dá)轉(zhuǎn)移，例如銨的同化、特定氨基酸的合成、氧化還原調(diào)節(jié)和對(duì)M. arvensis維管束鞘的轉(zhuǎn)運(yùn)。相比之下，在C4植物中，這些基因的表達(dá)并未局限于這一細(xì)胞類型。
圖8-堇娘芥葉片單細(xì)胞圖譜
根據(jù)上述文獻(xiàn)，可以總結(jié)出應(yīng)用時(shí)空組學(xué)解析植物光合作用機(jī)制常用思路的技術(shù)路線圖。
