2021年2月2日，由深圳華大生命科學(xué)研究院與得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)研究中心(UT Southwestern Medical Center)組成的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞發(fā)現(xiàn)》(Cell Discovery)雜志上聯(lián)合發(fā)表題為“Cross-species single-cell transcriptomic analysis reveals pre-gastrulation developmental differences among pigs, monkeys, and humans”的研究文章，首次在單細(xì)胞水平解析了豬與靈長(zhǎng)類(lèi)胚胎早期發(fā)育的差異。（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”查看文章）

Cell Discovery 網(wǎng)站截圖

不同物種干細(xì)胞及早期胚胎發(fā)育的異同一直以來(lái)都是發(fā)育進(jìn)化研究的熱點(diǎn)。在前期異種發(fā)育研究中，該科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)同時(shí)激活相同的信號(hào)通路(FGF/Erk，TGF-β/Smad，WNT/β-Catenin)，在包括人、馬、小鼠等多個(gè)物種中建立了具有“Formative”特征的穩(wěn)定細(xì)胞系，并且從實(shí)驗(yàn)和多組學(xué)數(shù)據(jù)分析角度證實(shí)這些細(xì)胞系的確是一種介于Na?ve和Primed之間的細(xì)胞狀態(tài)，說(shuō)明這些信號(hào)通路在不同物種的干細(xì)胞發(fā)育調(diào)節(jié)中具有保守性（文章詳見(jiàn)《德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心攜手華大研究院，建立全新的全能干細(xì)胞》）。

此外，該團(tuán)隊(duì)也首次發(fā)現(xiàn)不同物種間干細(xì)胞在特定階段普遍存在細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。始發(fā)態(tài)(Primed)小鼠上胚層干細(xì)胞(mEpiSCs)可以誘導(dǎo)與之共培養(yǎng)的始發(fā)態(tài)(Primed)人胚胎干細(xì)胞(H9 ESCs)程序性死亡。并且這種現(xiàn)象同樣存在其他異種始發(fā)態(tài)(Primed)干細(xì)胞共培養(yǎng)體系中(大鼠、獼猴、人和牛),這一發(fā)現(xiàn)為深入理解異種嵌合發(fā)育的壁壘機(jī)制提供了思路（文章詳見(jiàn)《Nature | 得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心聯(lián)合華大等機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)是阻礙跨物種嵌合體形成的壁壘之一》）。

在本次發(fā)表的文章中，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序手段首次在單細(xì)胞水平上比較分析豬、人、猴早期胚胎發(fā)育的異同。該團(tuán)隊(duì)首先建立了結(jié)合酶消化以及機(jī)械力作用的技術(shù)方法，高效地獲得豬卵裂期及囊胚期胚胎單細(xì)胞?；诖朔椒?，首次獲得了豬原腸胚形成期前期(pre-gastrulation)四個(gè)不同階段的胚胎不同譜系的單細(xì)胞數(shù)據(jù)，其中包括早期囊胚(E5-6)，晚期囊胚(E7-8)，球形胚胎(E10-11)和絲狀胚胎(E12-13)等胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)，外胚層(EPI)，胚胎滋養(yǎng)層(TE)，內(nèi)胚層(HYPO)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)。

豬四個(gè)階段胚胎及其譜系發(fā)育軌跡

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)而通過(guò)單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析，確定了豬、人和猴子之間胚胎外胚層多能性對(duì)應(yīng)時(shí)期范圍(Developmental coordinate of pluripotency spectrum)，并揭示了不同物種在多能性發(fā)生進(jìn)程(Pluripotency progression)、代謝轉(zhuǎn)變、多能性的表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞表面蛋白以及滋養(yǎng)外胚層發(fā)育等方面存在物種特異性差異。這些差異可能是阻止供體細(xì)胞與宿主胚胎細(xì)胞之間的正確識(shí)別和通訊，從而導(dǎo)致異種嵌合率低下的潛在原因。這些結(jié)果為哺乳動(dòng)物發(fā)展過(guò)程中進(jìn)化保守和差異過(guò)程提供了新的見(jiàn)解。

跨物種EPI關(guān)聯(lián)性分析及發(fā)育對(duì)應(yīng)時(shí)期預(yù)測(cè)

該文章由深圳華大生命科學(xué)研究院顧穎博士團(tuán)隊(duì)與得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)研究中心吳軍博士團(tuán)隊(duì)共同完成，深圳華大生命科學(xué)研究院的劉田賓、李潔，得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)研究中心的于樂(lè)謙博士為該文章的共同第一作者。

顧穎博士稱(chēng)：?jiǎn)渭?xì)胞測(cè)序技術(shù)的發(fā)展為深度解析胚胎發(fā)育及器官再生機(jī)制帶來(lái)了無(wú)限可能。本研究首次獲得豬延長(zhǎng)期胚胎單細(xì)胞數(shù)據(jù)，并通過(guò)跨物種比較分析解析了異種胚胎早期發(fā)育差異，為后續(xù)進(jìn)一步深入研究異種嵌合發(fā)育的壁壘機(jī)制提供了重要信息。

吳軍博士表示: 不同物種早期發(fā)育的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)比較將有助于了解進(jìn)化的保守和發(fā)散過(guò)程，并有助于克服種間嵌合體形成過(guò)程中的發(fā)育不相容性。

本研究依托深圳國(guó)家基因庫(kù)完成全部生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析，原始測(cè)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于國(guó)家基因庫(kù)序列歸檔系統(tǒng)CNSA。