单细胞RNA测序揭示鸡卵泡发育中颗粒细胞的异质性特征及关键调控网络

为解决鸡卵泡发育过程中颗粒细胞(GC)异质性不明和功能转录组特征缺失的问题，研究人员通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，系统分析了层级卵泡(HF)和前层级卵泡(PHF)阶段的GC亚群，鉴定出快速生长型(rgGC)、早期(eGC)、黄体样(lGC)和原始型(pGC)四类细胞，构建了分化轨迹并发现CDK2、AMH等关键基因。该研究为家禽繁殖力提升提供了分子机制新见解。

　　

在禽类生殖生物学领域，卵泡发育的精确调控直接关系到家禽的产蛋性能和经济价值。作为卵泡壁的核心组分，颗粒细胞(granulosa cells, GC)通过增殖、分化和激素分泌参与卵泡选择与成熟，但其在鸡中的细胞亚群特征和动态变化规律长期缺乏系统研究。随着单细胞测序技术的发展，解析GC异质性已成为揭示卵泡发育分子机制的关键突破口。

乐山师范学院的研究团队在《Poultry Science》发表重要成果，通过对沐川黑凤凰鸡层级卵泡(HF)和前层级卵泡(PHF)的GC层进行10x Genomics单细胞转录组测序，结合生物信息学分析，首次绘制了鸡GC的单细胞图谱。研究不仅鉴定出四类功能特化的GC亚群，还揭示了它们的分化轨迹和核心调控网络，为理解家禽卵泡选择的细胞生物学基础提供了全新视角。

研究采用10x Genomics Chromium系统构建单细胞文库，对HF-GC和PHF-GC两组样本进行测序，使用Seurat进行质控和聚类分析。通过RNA velocity和Slingshot拟时序分析推断分化轨迹，SCENIC解析转录调控网络，GO/KEGG进行功能注释。样本来源于沐川黑凤乌骨鸡养殖场的10只产蛋鸡。

研究结果部分：

1. scRNA-seq数据分析：获得HF-GC组10,597个细胞和PHF-GC组10,140个高质量细胞，检测到20,000余个基因，线粒体基因占比<20%。

2. 颗粒细胞层的细胞群聚类：UMAP分析鉴定出15个亚群，其中HF-GC以簇1/2/6为主(合计79.67%)，PHF-GC以簇3/5/7为主(57.68%)，显示发育阶段特异性分布。

3. 颗粒细胞类型鉴定：基于标志基因表达将细胞分为四类：rgGCs(高表达CYP11A1/ZP3)、eGCs(高表达AMH/HSD17B1)、lGCs(高表达EDN2/PTGFR)和pGCs(高表达RLN3/FABP5)。rgGCs在HF-GC中占比91%，而eGCs在PHF-GC中占69%。

4. 功能富集分析：eGCs富集细胞周期和Ras通路，rgGCs关联固醇合成，lGCs涉及凋亡相关通路，提示各亚群功能特化。

5. 动态转化分析：RNA velocity显示pGCs向eGCs和rgGCs分化，Slingshot鉴定出4条轨迹，其中Lineage 1(pGC→eGC→rgGC)可能调控卵泡选择。

6. SCENIC分析：发现19个关键调控子，如eGCs特异性表达DRGX/CREB3L2，lGCs高表达CEBPB/JUN，HMGA1和PBX3为pGC/rgGC共有核心因子。

7. 差异表达基因：鉴定1,049个DEGs，包括细胞周期调控因子(CDK2/CCND1/CCND2)、凋亡相关基因(BCL2/FOXO1)和类固醇合成酶(STAR/CYP11A1)。

讨论与结论指出，该研究首次在单细胞分辨率上揭示了鸡GC的异质性特征：pGCs可能作为祖细胞通过四条轨迹分化为功能各异的亚群，其中rgGCs通过高表达CYP11A1等酶维持层级卵泡优势，而lGCs可能通过EDN2/PTGFR促进前层级卵泡闭锁。发现的AMH下调与STAR上调模式与哺乳动物卵泡选择机制保守，而HMGA1-PBX3调控模块可能为禽类特有。这些发现不仅完善了卵泡发育的细胞生物学理论，更为分子育种提供了CDK2、ESR1等潜在靶点。测序数据已存入GSE291444，为后续研究提供重要资源。