近日，Science Bulletin雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為“Single cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus”的研究論文，首次報(bào)道了家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜（包含額葉、頂葉、顳葉、枕葉和下丘腦的32,250個(gè)單細(xì)胞），為使用家豬進(jìn)行人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究以及動(dòng)物模型的構(gòu)建提供了重要的參考信息。
華大等機(jī)構(gòu)構(gòu)建世界首個(gè)家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜-肽度TIMEDOO
Science Bulletin官網(wǎng)截圖

家豬的腦組織有與人腦相似的多腦回結(jié)構(gòu)，具有極高的研究?jī)r(jià)值。然而，其細(xì)胞類(lèi)型組成及基因表達(dá)卻從未被系統(tǒng)的研究。

該研究分別對(duì)家豬的大腦皮層（額葉、頂葉、顳葉和枕葉）和下丘腦構(gòu)建了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，不僅探究了家豬腦組織中的細(xì)胞組成和基因表達(dá)，還探索了不同腦區(qū)各細(xì)胞類(lèi)型間的相互作用以及各細(xì)胞類(lèi)型與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)，并從演化的角度揭示了家豬與小鼠腦組織保守或特異的基因模塊。同時(shí)，為了方便研究人員對(duì)該研究數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)和使用，研究團(tuán)隊(duì)還搭建了家豬腦組織單細(xì)胞數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)（http://120.79.46.200:82）。

本研究利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，對(duì)3月齡家豬的額葉、頂葉、顳葉、枕葉和下丘腦進(jìn)行單核RNA測(cè)序（snRNA-seq），探究了家豬腦組織的細(xì)胞組成和基因表達(dá)。該研究從五個(gè)腦區(qū)共捕獲32,250個(gè)高質(zhì)量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)識(shí)別出了21個(gè)細(xì)胞類(lèi)群。根據(jù)細(xì)胞類(lèi)型標(biāo)記基因的表達(dá)模式，該研究將21個(gè)細(xì)胞類(lèi)群鑒定為8種主要的細(xì)胞類(lèi)型，為之后對(duì)于家豬腦組織的研究提供了重要基礎(chǔ)。

華大等機(jī)構(gòu)構(gòu)建世界首個(gè)家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜-肽度TIMEDOO

家豬腦組織細(xì)胞類(lèi)型組成及基因表達(dá)：（a）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)生成過(guò)程。（b）家豬腦組織細(xì)胞聚類(lèi)結(jié)果。（c）家豬腦組織整體水平細(xì)胞類(lèi)型。（d）細(xì)胞類(lèi)型標(biāo)記基因的表達(dá)模式。（e）細(xì)胞類(lèi)群差異表達(dá)基因富集的生物學(xué)過(guò)程。（f）功能基因的表達(dá)模式。

通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)疾病風(fēng)險(xiǎn)基因富集分析，該研究對(duì)家豬腦組織內(nèi)不同細(xì)胞類(lèi)型與八種神經(jīng)系統(tǒng)疾病建立起了聯(lián)系，并發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)性厭食癥（ANO）和雙相情感障礙（BIP）有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)基因僅在神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)群中存在富集情況，而其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病則主要與膠質(zhì)細(xì)胞類(lèi)群有關(guān)。這為利用家豬腦組織進(jìn)行人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的探究提供了新思路，同時(shí)為后續(xù)構(gòu)建神經(jīng)系統(tǒng)疾病家豬模型提供了理論基礎(chǔ)。

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神經(jīng)系統(tǒng)疾病風(fēng)險(xiǎn)基因在各腦區(qū)細(xì)胞類(lèi)群中的富集情況：（a）五腦區(qū)的細(xì)胞類(lèi)群對(duì)八種神經(jīng)系統(tǒng)疾病風(fēng)險(xiǎn)基因集的富集水平。（b）注意缺陷多動(dòng)障礙風(fēng)險(xiǎn)基因集在各腦區(qū)細(xì)胞類(lèi)群的特異性水平。（c）注意缺陷多動(dòng)障礙風(fēng)險(xiǎn)基因的特異性分值。

另外，該研究通過(guò)對(duì)家豬和小鼠的下丘腦組織進(jìn)行比較分析，從演化發(fā)育的角度鑒定出了一系列保守或者特異性表達(dá)的基因模塊。為后續(xù)使用家豬進(jìn)行腦組織演化發(fā)育的研究提供了重要的參考。

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下丘腦的跨物種比較分析：（a）人、小鼠和家豬的進(jìn)化樹(shù)。（b）下丘腦跨物種比較細(xì)胞聚類(lèi)結(jié)果。（c）下丘腦跨物種比較細(xì)胞類(lèi)型注釋結(jié)果。（d）家豬和小鼠下丘腦中細(xì)胞類(lèi)型標(biāo)記基因的表達(dá)模式。（e）各細(xì)胞類(lèi)群中代表性保守細(xì)胞類(lèi)群差異表達(dá)基因的表達(dá)模式。（f）在家豬和小鼠下丘腦的少突膠質(zhì)形成過(guò)程中具有保守表達(dá)模式的基因。（g）在家豬和小鼠下丘腦的少突膠質(zhì)形成過(guò)程中具有特異表達(dá)模式的基因。
最后，該研究團(tuán)隊(duì)搭建的家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)（http://120.79.46.200:82），為研究人員訪(fǎng)問(wèn)和利用本研究的結(jié)果及數(shù)據(jù)提供了便捷快速的平臺(tái)。

華大等機(jī)構(gòu)構(gòu)建世界首個(gè)家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜-肽度TIMEDOO華大等機(jī)構(gòu)構(gòu)建世界首個(gè)家豬腦組織單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜-肽度TIMEDOO

該文章由深圳華大生命科學(xué)研究院陳東升副研究員團(tuán)隊(duì)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)曹罡教授團(tuán)隊(duì)共同完成。論文作者中朱佳成、陳芳、羅禮華、吳煒瀅、戴金霞為論文第一作者。

本文通訊作者陳東升指出：家豬是再生醫(yī)學(xué)的模式生物，腦是所有脊椎動(dòng)物最為復(fù)雜和精妙的器官。對(duì)家豬腦組織進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序不僅能夠?yàn)榱私饧邑i腦組織內(nèi)細(xì)胞類(lèi)型組成及各細(xì)胞類(lèi)型之間的相互作用提供線(xiàn)索，而且還為利用豬腦進(jìn)行人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究提供了研究基礎(chǔ)。該研究將為神經(jīng)科學(xué)、再生醫(yī)學(xué)和演化發(fā)育生物學(xué)方面的研究提供十分寶貴的資源。

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。