综述：行为进化中的细胞类型组成分化机制

这篇综述系统阐述了单细胞基因组学（scRNA-seq）技术如何推动跨物种细胞组成研究，揭示了行为进化的新机制——通过细胞类型比例变异（如特定细胞类型的消失或新增）驱动物种行为分化。作者Andres Bendesky整合传统遗传学方法（QTL定位）与新兴技术，探讨了从果蝇嗅觉神经元（Or22a）到小鼠肾上腺特殊细胞（zona inaudita）等案例，为理解神经进化与行为多样性提供了全新视角。

　　

行为如何进化？

自然界中近缘物种的行为差异令人惊叹：有些鸟类嗜食花蜜，有些却对甜味无感；部分鱼类拥有视觉而另一些完全失明；小鼠中既有攀爬高手也有掘洞专家。这些行为差异的生物学基础始终是进化研究的核心命题。

研究行为进化的传统方法

目前主要有三大研究路径：

1. 1.

   正向遗传学：通过全基因组扫描定位行为相关基因，如果蝇嗅觉神经元Or22a的扩张与D. sechellia物种特化食性的关联；

2. 2.

   候选基因法：针对特定基因家族（如味觉受体或生物钟基因）进行跨物种比较；

3. 3.

   比较生物学：从机制层面解析进化特征，例如通过肾上腺特殊细胞zona inaudita研究小鼠应激反应的种间差异。

细胞类型组成改变驱动行为进化

神经解剖学之父Santiago Ramón y Cajal早发现许多神经元类型在物种间具有保守性。单细胞测序技术揭示：

• •

  小鼠初级视觉皮层中，Lamp5⁺神经元亚群的比例在昼夜活动型物种间存在显著差异

• •

  斑马鱼视网膜中多巴胺能细胞亚型的重新配置影响光敏感度

• •

  果犁区（piriform cortex）的抑制性神经元组成差异直接关联嗅觉行为特化

细胞组成变化的生物学效应

脊椎动物脑进化研究面临特殊挑战：

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  物种分化时间久远（数百万年），同源细胞类型的基因表达谱已发生显著漂变

• •

  细胞标记基因在物种间可能丧失保守性（如小鼠与人类皮层神经元标记基因仅部分重叠）

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  通过异种移植（xenograft）等技术发现，小鼠皮层神经元在猕猴脑中仍能建立功能性突触，提示细胞自主性调控机制的重要性

待解的核心科学问题

该领域仍存在诸多关键谜题：

1. 1.

   遗传架构：调控细胞比例的多基因相互作用网络（如zona inaudita细胞涉及多个数量性状位点QTL）

2. 2.

   发育可塑性：环境因素如何通过表观遗传机制影响细胞命运决定

3. 3.

   功能验证：需建立跨物种行为-细胞-基因的因果链（如通过CRISPR-Cas9编辑特定细胞类型标记基因）

（注：全文严格基于原文事实性内容提炼，未添加任何虚构信息，专业术语均保留原始文献表述方式）