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郭国骥教授团队发现基于跨物种细胞图谱的谱系进化

浙江大学郭国骥教授团队利用多物种单细胞转录组数据库系统推测细胞类型的演化,追踪主要细胞谱系的起源及多样性。2021年3月3日《细胞报告》(Cell Reports)在线发表了郭国骥教授题为“Tracing cell-type evolution by crossspecies comparison of cell atlases”的这一研究成果(https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108803)。

研究人员首先收集目前已有的完整细胞图谱数据,包括3个脊椎动物和4个无脊椎动物(人类、小鼠、斑马鱼、海鞘、线虫、涡虫和水螅),利用生物信息学方法对7个物种的单细胞图谱进行比较分析;接着构建了跨物种细胞谱系的进化层次结构树揭示细胞类型的起源和多样性;最后,利用转录因子的调控关系来验证所提出的细胞类型的同源性。研究发现,7个物种的90%以上的细胞类型存在物种间的相似性。其中,肌肉和神经细胞在7个物种中高度保守,而免疫细胞、基质细胞、上皮细胞、分泌细胞和内皮细胞在整个脊椎动物中均表现出显著的保守性。另外,基质细胞和肌肉细胞是从共同的祖先细胞状态演化而来的,而脊椎动物的分泌细胞和神经细胞的功能相似性反映了趋同进化。

在无脊椎动物系统中,研究人员确定了重要的进化节点。例如无脊椎动物中重要的免疫功能细胞,包括gastrodermis(水螅)、phagocytes (涡虫)、coelomocytes (线虫)等。此外,研究揭示了跨细胞类别高活性的重要转录调控因子,探讨了它们的细胞谱系特异性及其在调节细胞谱系的功能重要性。

这项研究揭示了物种进化过程中细胞类型的保守性和多样性,探讨了细胞类型谱系特异的保守转录因子的特征,拓宽了比较基因组视野。这项研究为跨平台跨物种的细胞类型的比较提供了较好的框架,为未来多物种图谱的比较提供了参考。

论文第一作者系王晶晶博士、孙慧宇博士研究生、姜蒙蒙博士、李佳琦博士研究生等。研究获得了国家重点研发计划及国家自然科学基金的支持。



发布日期:2021-04-25 浏览: 266