家豬(Sus scrofa domesticus)的腦組織具有跟人腦高度相似的多腦回結構，因此具有極高的研究價值。然而，其細胞類型組成及其異質性卻從未被系統(tǒng)研究過。

近日，由深圳華大生命科學研究院陳東升副研究員團隊，華大智造陳芳副研究員團隊與華中農業(yè)大學曹罡教授團隊共同完成的“Single cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus”研究論文，入選Science Bulletin雜志(IF=11.78)第14期封面。論文共一作者中朱佳成、羅禮華均為中國科學院大學碩士生，其導師為陳東升副研究員。（刊物詳情，請見文末介紹）。

該研究分別對家豬的大腦皮層（額葉、頂葉、顳葉和枕葉）和下丘腦構建了單細胞轉錄組圖譜，不僅探究了家豬腦組織中的細胞組成及異質性，還探索了不同腦區(qū)各細胞類型間的相互作用以及各細胞類型與神經系統(tǒng)疾病的關聯(lián)，同時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。

此外，為了方便研究人員對該研究數(shù)據(jù)的訪問和瀏覽，該研究團隊還搭建了開放的家豬腦組織單細胞數(shù)據(jù)庫平臺（http://120.79.46.200:82），為神經科學、再生醫(yī)學和演化發(fā)育生物學方面的研究提供了十分寶貴的資源。

家豬腦組織細胞類型組成及其異質性：(a) 課題實驗和數(shù)據(jù)生成過程。(b) 家豬腦組織細胞聚類結果。(c) 家豬腦組織整體水平細胞類型。 (d) 細胞類型特異性差異基因的表達模式。(e) 細胞類群差異表達基因富集的生物學過程。(f) 功能基因的表達模式。

本項目利用單細胞轉錄組測序技術，對3月齡杜長大三元雜交豬(Duroc 3 way cross)的額葉、頂葉、顳葉、枕葉和下丘腦進行單核RNA測序(snRNA-seq)，探究了家豬腦組織的細胞組成和異質性。

該研究從五個腦區(qū)共捕獲32,250個高質量單細胞轉錄組數(shù)據(jù)。通過無監(jiān)督聚類識別出了21個細胞類群。根據(jù)細胞類型標記基因的表達模式，該研究將21個細胞類群鑒定為8種主要的細胞類型，包括：興奮性神經元(EX)、抑制性神經元(IN)、少突膠質祖細胞(OPC)、新形成的少突膠質細胞(NFO)、少突膠質細胞(OLG)、星形膠質細胞(AST)、小膠質細胞(MG)和內皮細胞(END)。

神經系統(tǒng)疾病風險基因在各腦區(qū)細胞類群中的富集情況：(a) 五腦區(qū)的細胞類群對八種神經系統(tǒng)疾病風險基因集的富集水平。(b) 注意缺陷多動障礙風險基因集在各腦區(qū)細胞類型的特異性水平。(c) 注意缺陷多動障礙風險基因在的特異性分值。

通過將對神經系統(tǒng)疾病風險基因進行富集分析，該研究對家豬腦組織內不同細胞類型與八種神經系統(tǒng)疾病建立起了聯(lián)系。并發(fā)現(xiàn)與神經性厭食癥(ANO)和雙相情感障礙(BIP)有關的風險基因僅在神經元細胞類群中存在富集情況，而其他神經系統(tǒng)疾病則主要與膠質細胞類群有關。

通過對注意缺陷多動障礙綜合癥(ADHD)風險基因富集情況更為細致的剖析，該研究鑒定出了對ADHD風險基因富集的不同細胞類群中特異性較高的風險基因。

下丘腦的跨物種比較分析：(a) 人、小鼠和家豬的系統(tǒng)進化樹。(b) 下丘腦跨物種比較細胞聚類結果。(c) 下丘腦跨物種比較細胞類型。(d) 家豬和小鼠下丘腦中細胞類型標記基因的表達模式。(e) 各細胞類群中代表性保守細胞類群差異表達基因的表達模式。(f) 在家豬和小鼠下丘腦的少突膠質形成過程中具有保守表達模式的基因。(g) 在家豬和小鼠下丘腦的少突膠質形成過程中具有特異表達模式的基因。

另外，該研究通過對家豬和小鼠的下丘腦組織進行比較分析，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的基因模塊。

最后，該研究團隊搭建的家豬腦組織單細胞轉錄組數(shù)據(jù)庫平臺(http://120.79.46.200:82)，為研究人員訪問、瀏覽和利用本研究的數(shù)據(jù)及結果提供了開放便捷快速的平臺。

拓展閱讀

本研究依托華大智造DNBSEQ平臺測序儀完成所有測序工作。

該文作者深圳華大生命科學研究院陳東升副研究員評價道：“非常榮幸能成為華大智造測序儀最早的一批用戶，我親身經歷和目睹了華大智造測序平臺的測序性能和數(shù)據(jù)質量突飛猛進過程。在使用過程中，我們對DNBSEQ的測序質量非常滿意，同時我們還發(fā)現(xiàn)了DNBSEQ更多優(yōu)勢：DNA納米球信號擴增具備先天優(yōu)勢，它采用滾環(huán)線性擴增原理，相比傳統(tǒng)的指數(shù)擴增，避免了錯誤無限地放大。華大智造測序儀采用DNA納米球微陣列芯片，排列規(guī)則，而非隨機排布，芯片利用率高，成本也更具優(yōu)勢?！?/span>

引用格式：

Zhu, J. et al. Single-cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus. Sci. Bull. 66, 1448–1461 (2021).

Science Bulletin（《科學通報》英文刊）

Science Bulletin（《科學通報》英文刊）是中國科學院主管、中國科學院和國家自然科學基金委員會共同主辦、《中國科學》雜志社和Elsevier合作出版的自然科學綜合性學術刊物。

其報道范圍主要涵蓋物理學與天文學、化學、生命科學、醫(yī)學科學、地球科學、材料科學、工程科學等新興和前沿交叉學科。除Short Communication, Article, Perspective, Review等論文和評述類欄目外，還開設了News & Views, Research Highlight, Commentary, Correspondence 等觀點和消息類欄目。

2020年影響因子11.780，位列全球73種多學科綜合類期刊第7位，處于國際綜合類期刊Q1區(qū)。中科院文獻情報中心SCI期刊分區(qū)1區(qū)；中國科技期刊卓越行動計劃領軍期刊。