编辑推荐：
为解决甲壳动物血细胞异质性、发育轨迹及免疫反应可塑性跨物种系统比较缺乏的问题，研究人员开展 4 种经济重要甲壳动物血细胞的跨物种单细胞 RNA 测序分析，揭示了保守和物种特异性特征，为无脊椎动物免疫研究和水产养殖病害管理提供资源。
在神秘的水生世界里，甲壳动物，像虾和小龙虾这些 “水中居民”，正面临着诸多来自病原体的威胁。对于水产养殖业来说，了解这些甲壳动物的免疫系统，就如同掌握了守护它们健康成长的 “魔法钥匙”，这不仅能帮助优化病害管理策略，还能让我们窥探到先天性免疫进化的奥秘。
然而，目前的研究状况却不尽如人意。虽然我们知道脊椎动物有先天和适应性免疫系统来抵御病原体，可无脊椎动物，比如甲壳动物，它们缺乏适应性免疫，只能依靠血细胞介导的先天免疫机制。此前针对单个甲壳动物物种血细胞的研究各自为政，存在很多不一致的地方。有的把虾的血细胞标注为三个簇，有的对小龙虾血细胞保留原始的 10 细胞分类；标注方式也五花八门，有的用文字，有的用数字。而且，这些研究缺少跨物种的比较，很多关键问题，比如血细胞簇标注的一致性、免疫因子的特异性，以及众多免疫基因旁系同源物在细胞层面的功能，都还没有答案。在这样的背景下，一项跨物种单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析研究应运而生。
研究人员收集了来自四个甲壳动物物种 —— 克氏原螯虾（Procambarus clarkii）、日本囊对虾（Penaeus japonicus）、斑节对虾（Penaeus monodon）和凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）的公开单细胞 RNA 测序数据集，开展了多物种血细胞的 scRNA-seq 分析。这项研究成果发表在《Aquaculture》上，为甲壳动物血细胞的研究带来了全新的视角。
研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是数据采集与处理，从美国国立生物技术信息中心（NCBI）获取基因组组装和注释文件，筛选出完整性（BUSCO 评分 > 90%）和注释质量高的基因组。然后对收集的 22 个血细胞 scRNA-seq 样本进行严格筛选，保留高质量细胞用于后续分析。通过这些技术手段，研究人员从多个方面深入探究了甲壳动物血细胞的奥秘。
在血细胞亚群聚类方面，研究人员收集了四个物种五个生物项目中的 22 个血细胞 scRNA-seq 样本进行单细胞分析。经过严格筛选，最终保留了 240,684 个高质量细胞，其中克氏原螯虾 21,623 个细胞、日本囊对虾 43,054 个细胞、斑节对虾 30,913 个细胞、凡纳滨对虾 145,094 个细胞。通过分析，研究人员发现了保守的血细胞群体，包括造血祖细胞（prohemocytes）和成熟效应细胞（如 proPO 和 VEGF/ALF 簇） 。这一发现表明，在不同的甲壳动物物种中，存在一些共同的血细胞类型，它们在免疫防御中可能发挥着相似的作用。
通过轨迹分析，研究人员揭示了血细胞亚群之间的发育关系，发现造血祖细胞始终位于分化途径的起始位置。这就像是找到了血细胞发育的 “源头”，为理解血细胞的分化过程提供了关键线索。进一步的伪时间分析发现了两条保守的分化轨迹：一条是从造血祖细胞到 proPO 谱系（参与黑化 / 抗菌合成），另一条是从造血祖细胞到 VEGF/ALF 谱系（参与吞噬作用 / 抗菌合成）。这两条轨迹清晰地展示了血细胞在发育过程中的不同 “路径”，它们分别对应着不同的免疫功能，为深入了解甲壳动物的免疫机制奠定了基础。
研究人员还对免疫相关基因的表达进行了比较分析。他们发现，包括酚氧化酶原（prophenoloxidase，proPO）系统成分和抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）在内的免疫相关基因，既有保守的表达模式，也有物种特异性的表达模式。这反映了甲壳动物在进化过程中，为适应不同的水生环境，免疫基因发生了多样化的演变。这种适应性变化使得甲壳动物能够在各自的生态位中更好地抵御病原体的侵害。
研究人员还探究了甲壳动物在面对免疫挑战时的反应。他们用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、白斑综合征病毒（white spot syndrome virus，WSSV）和氨应激等刺激物处理样本，发现不同物种的血细胞对这些刺激的反应存在差异。这一结果凸显了甲壳动物免疫系统的复杂性和适应性，也表明不同物种在应对外界威胁时，采取了不同的免疫策略。
在研究结论与讨论部分，该研究全面的单细胞 scRNA-seq 分析为甲壳动物血淋巴的细胞异质性和免疫反应机制提供了新的见解。研究揭示了血细胞群体的保守和物种特异性特征，以及它们对各种免疫挑战的反应。通过保守标记基因和细胞发育轨迹分析，研究人员统一了十足目主要单细胞簇的命名，并确定了相对保守的发育轨迹，即造血祖细胞分化为 proPO 和 ALF 两个分支。此外，研究还揭示了关键免疫相关基因在不同刺激下的表达动态。
这项研究的意义重大。它不仅为无脊椎动物免疫研究提供了宝贵的资源，加深了我们对甲壳动物造血和免疫细胞多样性的理解，还为水产养殖病害管理提供了潜在的应用方向。通过揭示甲壳动物免疫系统的奥秘，有望开发出更有效的病害防控策略，助力水产养殖业的健康发展。同时，该研究也为进一步探索先天性免疫的进化提供了重要的参考依据，推动了生命科学领域对免疫机制的深入研究。
