2023年9月13日，基于華大智造單細(xì)胞建庫平臺DNBelab C4、超高通量測序平臺DNBSEQ-Tx以及高通量測序儀MGISEQ-2000，華大生命科學(xué)研究院在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表非洲肺魚呼吸器官最新研究成果。研究構(gòu)建了迄今最完整的非洲肺魚呼吸器官在夏眠和水生環(huán)境中的高分辨率單細(xì)胞圖譜。

《自然·通訊》官網(wǎng)截圖

助力構(gòu)建非洲肺魚呼吸器官單細(xì)胞圖譜

非洲肺魚的顯著特征是具有多重呼吸系統(tǒng)，其在水環(huán)境和陸地環(huán)境均以肺為主要呼吸器官，鰓和皮膚輔助呼吸。其中，非洲肺魚的肺結(jié)構(gòu)，具有現(xiàn)代脊椎動物肺的原始形態(tài)，也因此成為研究四足動物呼吸器官進(jìn)化的關(guān)鍵物種。

本次研究團(tuán)隊基于華大智造單細(xì)胞建庫平臺DNBelab C4，對來自非洲肺魚肺組織的53,605個細(xì)胞和來自非洲肺魚鰓組織87,347個細(xì)胞進(jìn)行測序，構(gòu)建了迄今最完整的非洲肺魚呼吸器官高分辨率細(xì)胞全景圖。

非洲肺魚肺（左）和鰓（右）細(xì)胞圖譜

研究團(tuán)隊結(jié)合此前發(fā)表的非洲肺魚基因組數(shù)據(jù)，通過對實驗室誘導(dǎo)夏眠33天的非洲肺魚和對照組取樣，在非洲肺魚肺和鰓中分別鑒定出14和22種細(xì)胞類型，首次以高分辨率圖譜形式展現(xiàn)了非洲肺魚呼吸器官的細(xì)胞組成。

實驗室誘導(dǎo)非洲肺魚夏眠

揭示非洲肺魚陸化過程中

的細(xì)胞和分子特征

脊椎動物從水到陸地的轉(zhuǎn)變是進(jìn)化史上的一個里程碑事件。作為一種古老的物種，非洲肺魚具備諸多進(jìn)化過程中的過渡特征，可視為魚類到兩棲類的中間形態(tài)。

為進(jìn)一步揭示早期脊椎動物由水到陸過程中器官、組織的變化，研究團(tuán)隊基于本次構(gòu)建的單細(xì)胞圖譜，對非洲肺魚夏眠組和對照組的肺和鰓組織展開深入比較。研究團(tuán)隊從細(xì)胞組成、分子表達(dá)差異和細(xì)胞間互作層面進(jìn)行差異分析，結(jié)果表明，短期夏眠不會造成細(xì)胞類型層面的增加或缺失，而一些關(guān)鍵的細(xì)胞，如肺泡上皮細(xì)胞和鰓增殖細(xì)胞，則在夏眠期間顯示出細(xì)胞代謝層面的顯著下調(diào)。

此外，研究團(tuán)隊利用已發(fā)表的關(guān)鍵脊椎動物呼吸器官單細(xì)胞數(shù)據(jù)，從細(xì)胞和基因表達(dá)調(diào)控層面進(jìn)行物種間的比較分析。結(jié)果表明，盡管非洲肺魚的肺在結(jié)構(gòu)上較為原始，但其基本的細(xì)胞組成和關(guān)鍵基因表達(dá)與高等哺乳動物具有較高的相似性，具備高等哺乳動物肺的基本功能。該研究結(jié)果進(jìn)一步證實了非洲肺魚與典型脊椎動物呼吸器官的同源性。

斑馬魚魚鰾、非洲肺魚肺、人鼠肺同源關(guān)系

本研究成功構(gòu)建了非洲肺魚呼吸器官細(xì)胞全景圖，揭示了非洲肺魚細(xì)胞類型的多樣性，以及在夏眠過程中的基因表達(dá)和細(xì)胞互作關(guān)系，并從細(xì)胞層面解析了魚鰾和非洲肺魚肺細(xì)胞類型之間的廣泛同源性。