Science Bulletin发布世界首个家猪脑组织单细胞转录组图谱

近日，Science Bulletin杂志在线发表了题为“Single cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus”的研究论文，首次报道了家猪脑组织单细胞转录组图谱（包含额叶、顶叶、颞叶、枕叶和下丘脑的32,250个单细胞），为使用家猪进行人类神经系统疾病研究以及动物模型的构建提供了重要的参考信息。

此项研究依托深圳国家基因库完成全部单细胞测序及生物信息学数据分析，原始测序数据已存储于国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），项目编号：CNP0000686。

*上述研究数据为受控数据。如有下载需求请向国家基因库数据受控中心(CDA)申请授权。

家猪的脑组织有与人脑相似的多脑回结构，具有极高的研究价值。然而，其细胞类型组成及基因表达却从未被系统的研究。

该研究分别对家猪的大脑皮层（额叶、顶叶、颞叶和枕叶）和下丘脑构建了单细胞转录组图谱，不仅探究了家猪脑组织中的细胞组成和基因表达，还探索了不同脑区各细胞类型间的相互作用以及各细胞类型与神经系统疾病的关联，并从演化的角度揭示了家猪与小鼠脑组织保守或特异的基因模块。同时，为了方便研究人员对该研究数据的访问和使用，研究团队还搭建了家猪脑组织单细胞数据库平台（http://120.79.46.200:82）。

研究内容

本研究利用单细胞转录组测序技术，对3月龄家猪的额叶、顶叶、颞叶、枕叶和下丘脑进行单核RNA测序（snRNA-seq），探究了家猪脑组织的细胞组成和基因表达。该研究从五个脑区共捕获32,250个高质量单细胞转录组数据。通过无监督聚类识别出了21个细胞类群。根据细胞类型标记基因的表达模式，该研究将21个细胞类群鉴定为8种主要的细胞类型，为之后对于家猪脑组织的研究提供了重要基础。

家猪脑组织细胞类型组成及基因表达：（a）实验设计和数据生成过程。（b）家猪脑组织细胞聚类结果。（c）家猪脑组织整体水平细胞类型。（d）细胞类型标记基因的表达模式。（e）细胞类群差异表达基因富集的生物学过程。（f）功能基因的表达模式。

通过神经系统疾病风险基因富集分析，该研究对家猪脑组织内不同细胞类型与八种神经系统疾病建立起了联系，并发现与神经性厌食症（ANO）和双相情感障碍（BIP）有关的风险基因仅在神经元细胞类群中存在富集情况，而其他神经系统疾病则主要与胶质细胞类群有关。这为利用家猪脑组织进行人类神经系统疾病的探究提供了新思路，同时为后续构建神经系统疾病家猪模型提供了理论基础。

神经系统疾病风险基因在各脑区细胞类群中的富集情况：（a）五脑区的细胞类群对八种神经系统疾病风险基因集的富集水平。（b）注意缺陷多动障碍风险基因集在各脑区细胞类群的特异性水平。（c）注意缺陷多动障碍风险基因的特异性分值。

另外，该研究通过对家猪和小鼠的下丘脑组织进行比较分析，从演化发育的角度鉴定出了一系列保守或者特异性表达的基因模块。为后续使用家猪进行脑组织演化发育的研究提供了重要的参考。

下丘脑的跨物种比较分析：（a）人、小鼠和家猪的进化树。（b）下丘脑跨物种比较细胞聚类结果。（c）下丘脑跨物种比较细胞类型注释结果。（d）家猪和小鼠下丘脑中细胞类型标记基因的表达模式。（e）各细胞类群中代表性保守细胞类群差异表达基因的表达模式。（f）在家猪和小鼠下丘脑的少突胶质形成过程中具有保守表达模式的基因。（g）在家猪和小鼠下丘脑的少突胶质形成过程中具有特异表达模式的基因。

最后，该研究团队搭建的家猪脑组织单细胞转录组数据库平台（http://120.79.46.200:82），为研究人员访问和利用本研究的结果及数据提供了便捷快速的平台。

研究意义

本文通讯作者陈东升指出：家猪是再生医学的模式生物，脑是所有脊椎动物最为复杂和精妙的器官。对家猪脑组织进行单细胞测序不仅能够为了解家猪脑组织内细胞类型组成及各细胞类型之间的相互作用提供线索，而且还为利用猪脑进行人类神经系统疾病研究提供了研究基础。该研究将为神经科学、再生医学和演化发育生物学方面的研究提供十分宝贵的资源。

该文章由深圳华大生命科学研究院陈东升副研究员团队与华中农业大学曹罡教授团队共同完成。论文作者中朱佳成、陈芳、罗礼华、吴炜滢、戴金霞为论文第一作者。

首发公号：国家基因库大数据平台  

参考文献

Zhu J, Chen F, Luo L, et al. Single-cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus[J]. Science Bulletin, 2021.

信息来源：“BGI华大”公众号

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