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Nature子刊!基于DNBelab C4和DNBSEQ测序平台,迄今最完整的非洲肺鱼呼吸器官高分辨率细胞全景图发表

时间:2023-09-20作者:华大智造阅读数:1680分享

2023年9月13日,基于华大智造单细胞建库平台DNBelab C4、超高通量测序平台DNBSEQ-Tx以及高通量测序仪MGISEQ-2000,华大生命科学研究院在国际学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)在线发表非洲肺鱼呼吸器官最新研究成果。研究构建了迄今最完整的非洲肺鱼呼吸器官在夏眠和水生环境中的高分辨率单细胞图谱。


《自然·通讯》官网截图


助力构建非洲肺鱼呼吸器官单细胞图谱


非洲肺鱼的显著特征是具有多重呼吸系统,其在水环境和陆地环境均以肺为主要呼吸器官,鳃和皮肤辅助呼吸。其中,非洲肺鱼的肺结构,具有现代脊椎动物肺的原始形态,也因此成为研究四足动物呼吸器官进化的关键物种。


本次研究团队基于华大智造单细胞建库平台DNBelab C4,对来自非洲肺鱼肺组织的53,605个细胞和来自非洲肺鱼鳃组织87,347个细胞进行测序,构建了迄今最完整的非洲肺鱼呼吸器官高分辨率细胞全景图。



非洲肺鱼肺(左)和鳃(右)细胞图谱


研究团队结合此前发表的非洲肺鱼基因组数据,通过对实验室诱导夏眠33天的非洲肺鱼和对照组取样,在非洲肺鱼肺和鳃中分别鉴定出14和22种细胞类型,首次以高分辨率图谱形式展现了非洲肺鱼呼吸器官的细胞组成。



实验室诱导非洲肺鱼夏眠


揭示非洲肺鱼陆化过程中

的细胞和分子特征


脊椎动物从水到陆地的转变是进化史上的一个里程碑事件。作为一种古老的物种,非洲肺鱼具备诸多进化过程中的过渡特征,可视为鱼类到两栖类的中间形态。


为进一步揭示早期脊椎动物由水到陆过程中器官、组织的变化,研究团队基于本次构建的单细胞图谱,对非洲肺鱼夏眠组和对照组的肺和鳃组织展开深入比较。研究团队从细胞组成、分子表达差异和细胞间互作层面进行差异分析,结果表明,短期夏眠不会造成细胞类型层面的增加或缺失,而一些关键的细胞,如肺泡上皮细胞和鳃增殖细胞,则在夏眠期间显示出细胞代谢层面的显著下调。


此外,研究团队利用已发表的关键脊椎动物呼吸器官单细胞数据,从细胞和基因表达调控层面进行物种间的比较分析。结果表明,尽管非洲肺鱼的肺在结构上较为原始,但其基本的细胞组成和关键基因表达与高等哺乳动物具有较高的相似性,具备高等哺乳动物肺的基本功能。该研究结果进一步证实了非洲肺鱼与典型脊椎动物呼吸器官的同源性。


斑马鱼鱼鳔、非洲肺鱼肺、人鼠肺同源关系


本研究成功构建了非洲肺鱼呼吸器官细胞全景图,揭示了非洲肺鱼细胞类型的多样性,以及在夏眠过程中的基因表达和细胞互作关系,并从细胞层面解析了鱼鳔和非洲肺鱼肺细胞类型之间的广泛同源性。

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