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赋能科研 | 华大智造测序平台助力家猪脑图谱研究,相关成果入选Science Bulletin杂志封面

时间:2021-08-24作者:华大智造阅读数:306分享

家猪(Sus scrofa domesticus)的脑组织具有跟人脑高度相似的多脑回结构,因此具有极高的研究价值。然而,其细胞类型组成及其异质性却从未被系统研究过。


近日,由深圳华大生命科学研究院陈东升副研究员团队,华大智造陈芳副研究员团队与华中农业大学曹罡教授团队共同完成的“Single cell atlas of domestic pig cerebral cortex and hypothalamus”研究论文,入选Science Bulletin杂志(IF=11.78)第14期封面。论文共一作者中朱佳成、罗礼华均为中国科学院大学硕士生,其导师为陈东升副研究员。(刊物详情,请见文末介绍)。



该研究分别对家猪的大脑皮层(额叶、顶叶、颞叶和枕叶)和下丘脑构建了单细胞转录组图谱,不仅探究了家猪脑组织中的细胞组成及异质性,还探索了不同脑区各细胞类型间的相互作用以及各细胞类型与神经系统疾病的关联,同时从演化的角度揭示了家猪与小鼠脑组织保守或特异的基因模块。


此外,为了方便研究人员对该研究数据的访问和浏览,该研究团队还搭建了开放的家猪脑组织单细胞数据库平台(http://120.79.46.200:82),为神经科学、再生医学和演化发育生物学方面的研究提供了十分宝贵的资源。



家猪脑组织细胞类型组成及其异质性:(a) 课题实验和数据生成过程。(b) 家猪脑组织细胞聚类结果。(c) 家猪脑组织整体水平细胞类型。 (d) 细胞类型特异性差异基因的表达模式。(e) 细胞类群差异表达基因富集的生物学过程。(f) 功能基因的表达模式。


本项目利用单细胞转录组测序技术,对3月龄杜长大三元杂交猪(Duroc 3 way cross)的额叶、顶叶、颞叶、枕叶和下丘脑进行单核RNA测序(snRNA-seq),探究了家猪脑组织的细胞组成和异质性。


该研究从五个脑区共捕获32,250个高质量单细胞转录组数据。通过无监督聚类识别出了21个细胞类群。根据细胞类型标记基因的表达模式,该研究将21个细胞类群鉴定为8种主要的细胞类型,包括:兴奋性神经元(EX)、抑制性神经元(IN)、少突胶质祖细胞(OPC)、新形成的少突胶质细胞(NFO)、少突胶质细胞(OLG)、星形胶质细胞(AST)、小胶质细胞(MG)和内皮细胞(END)。



神经系统疾病风险基因在各脑区细胞类群中的富集情况:(a) 五脑区的细胞类群对八种神经系统疾病风险基因集的富集水平。(b) 注意缺陷多动障碍风险基因集在各脑区细胞类型的特异性水平。(c) 注意缺陷多动障碍风险基因在的特异性分值。


通过将对神经系统疾病风险基因进行富集分析,该研究对家猪脑组织内不同细胞类型与八种神经系统疾病建立起了联系。并发现与神经性厌食症(ANO)和双相情感障碍(BIP)有关的风险基因仅在神经元细胞类群中存在富集情况,而其他神经系统疾病则主要与胶质细胞类群有关。


通过对注意缺陷多动障碍综合症(ADHD)风险基因富集情况更为细致的剖析,该研究鉴定出了对ADHD风险基因富集的不同细胞类群中特异性较高的风险基因。



下丘脑的跨物种比较分析:(a) 人、小鼠和家猪的系统进化树。(b) 下丘脑跨物种比较细胞聚类结果。(c) 下丘脑跨物种比较细胞类型。(d) 家猪和小鼠下丘脑中细胞类型标记基因的表达模式。(e) 各细胞类群中代表性保守细胞类群差异表达基因的表达模式。(f) 在家猪和小鼠下丘脑的少突胶质形成过程中具有保守表达模式的基因。(g) 在家猪和小鼠下丘脑的少突胶质形成过程中具有特异表达模式的基因。


另外,该研究通过对家猪和小鼠的下丘脑组织进行比较分析,从演化发育的角度鉴定出了一系列保守或者特异性表达的基因模块。




最后,该研究团队搭建的家猪脑组织单细胞转录组数据库平台(http://120.79.46.200:82),为研究人员访问、浏览和利用本研究的数据及结果提供了开放便捷快速的平台。

拓展阅读


本研究依托华大智造DNBSEQ平台测序仪完成所有测序工作。


该文作者深圳华大生命科学研究院陈东升副研究员评价道:“非常荣幸能成为华大智造测序仪最早的一批用户,我亲身经历和目睹了华大智造测序平台的测序性能和数据质量突飞猛进过程。在使用过程中,我们对DNBSEQ的测序质量非常满意,同时我们还发现了DNBSEQ更多优势:DNA纳米球信号扩增具备先天优势,它采用滚环线性扩增原理,相比传统的指数扩增,避免了错误无限地放大。华大智造测序仪采用DNA纳米球微阵列芯片,排列规则,而非随机排布,芯片利用率高,成本也更具优势。”



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(《科学通报》英文刊)


Science Bulletin(《科学通报》英文刊)是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、《中国科学》杂志社和Elsevier合作出版的自然科学综合性学术刊物。


其报道范围主要涵盖物理学与天文学、化学、生命科学、医学科学、地球科学、材料科学、工程科学等新兴和前沿交叉学科。除Short Communication, Article, Perspective, Review等论文和评述类栏目外,还开设了News & Views, Research Highlight, Commentary, Correspondence 等观点和消息类栏目。


2020年影响因子11.780,位列全球73种多学科综合类期刊第7位,处于国际综合类期刊Q1区。中科院文献情报中心SCI期刊分区1区;中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。