昆明理工大学Nature最新发文:脊索动物的全面单细胞转录细胞谱系

【字体: 时间:2019年07月11日 来源:生物通

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  研究团队以玻璃海鞘为模型,绘制了世界上首个涵盖从三胚层分化到孵化全过程的脊索动物胚胎发育单细胞转录图谱,并成功构建了包括神经系统在内全部组织类型的细胞分化谱系。研究团队有效地探索细胞命运决定过程中的基因调控网络,揭示了脊索在整个脊索动物门进化过程的中间态,并提出脊椎动物特有的端脑(telencephalon)可能的新进化机制。

  

解析细胞命运决定过程的转录动态是发育生物学的核心问题之一。包括线虫和海鞘在内的镶嵌发育(mosaicdevelopment)动物因胚胎发育个体差异极小,细胞谱系清楚,非常适合研究细胞命运决定过程中的转录调控。尤其是海鞘,作为脊椎动物的近亲,在探索脊索动物细胞命运决定保守机制和进化发育上有着极其重要的地位。  

来自昆明理工大学,普林斯顿大学的研究人员发表了题为“Comprehensivesingle-celltranscriptomelineages ofa proto-vertebrate”的文章, 利用单细胞组学重构玻璃海鞘胚胎发育谱系,由此绘制了脊索动物的全面单细胞转录细胞谱系。

这一研究成果公布在7月11日的Nature杂志上,文章通讯作者为明理工大学陈凯博士和普林斯顿大学Mike Levine院士(hox基因的共同发现者),同时Nature杂志也邀请国际知名科学家Nori Satoh进行了点评。


利用单细胞组学重构玻璃海鞘胚胎发育谱系

在这项研究中,研究团队以玻璃海鞘为模型,绘制了世界上首个涵盖从三胚层分化到孵化全过程的脊索动物胚胎发育单细胞转录图谱,并成功构建了包括神经系统在内全部组织类型的细胞分化谱系。研究团队有效地探索细胞命运决定过程中的基因调控网络,揭示了脊索在整个脊索动物门进化过程的中间态,并提出脊椎动物特有的端脑(telencephalon)可能的新进化机制。

端脑是公认的脊椎动物的主要进化创新,为之后高等脊椎动物大脑皮层的进化提供基础。研究团队通过对构建的玻璃海鞘所有前脑和相关细胞谱系的调控基因分析,发现主要的端脑发育转录因子在玻璃海鞘都有表达,但分别在两个结构上完全不同的区域。研究团队提出端脑有可能是前脑在神经管闭合过程中进一步往末端延伸,将神经基板的调控网络整合形成。

为了验证这一个假说,来自Stowers Institute的王伟博士将连接着海鞘FoxG增强子的报告基因注射到非洲鳉鱼(N. furzeri)受精卵中,利用非洲鳉鱼性成熟极快的特点快速建立了稳定的转基因系,发现这个在神经基板里特异表达的荧光蛋白在鳉鱼幼虫的端脑最末端表达。这一发现和提出的前脑和神经基板基因网络整合的假说相一致,为脊椎动物端脑的起源和进化提供了重要分子证据。

陈凯博士2005年毕业于兰州大学,在中科院昆明动物所师从季维智研究员攻读硕士,2013年从美国斯托尔斯医学研究所取得发育生物学博士学位,2013-2018年在美国斯托尔斯医学研究所和美国普林斯顿大学从事博士后研究。

原文标题:

Comprehensivesingle-celltranscriptomelineages ofa proto-vertebrate

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1385-y

https://www.nature.com/articles/d41586-019-01967-0


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