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【单细胞农学专题】水产类动物的分化发育研究大盘点

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发表于 2022.10.27 09:34:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
上一期给大家介绍了非模式植物的细胞分化研究思路,详情点击《【单细胞农学专题】非模式植物的细胞分化发育研究大盘点》。本期继续接着分化发育的主题来盘点一下水产类动物该如何进行分化发育研究的思路。由于水产类动物在细胞悬液制备上要远比植物简单,再加上成熟的分化发育分析方法,所以总体的研究过程要比植物的容易很多,但如何将水产类的分化发育研究文章脱颖而出,还需要我们在研究目的、研究内容和实验内容上下功夫。下面我通过几篇高分文献来汇总一下水产鱼类在分化发育上的研究思路。

下面这9篇研究分化发育的水产案例中,有7篇是基迪奥客户文章,而且从这些案例中我们不难发现,它们有以下几个特点:

(1)对于水产类动物的单细胞悬液制备方面,通常比较容易制备,甚至包括硬骨鱼的肌间骨等鱼刺都可以进行单细胞测序;

(2)由于甲壳类动物基因组的简单序列重复比例极高,我们可以使用二代+三代的单细胞转录组测序来研究这类动物,从而避免单细胞测序的short-reads映射基因组不准确的问题;

(3)对于水产类模式物种(如斑马鱼)研究分化发育时,我们需要利用单细胞测序技术来筛选分化发育的关键候选基因,接着对这些基因需要进一步的实验分子验证,如通过CRISPR-Cas9突变体来评估筛选的候选基因,之后对这些突变体的表型进行分析来验证调控分化基因的功能。所以说实验验证是发表高分文章的必做选项;

(4)对于水产类的非模式动物研究分化发育时,通过都是细胞图谱+分化发育研究的文章思路,加在一些简单的实验验证,如qRT-PCR验证marker基因。其主要原因是本身物种的实验难以开展,但是把关键基因转移到模式物种来验证又费时费力,很有可能还错过发表该物种的第一篇单细胞文章的时机,所以对于水产类非模式物种来说,我们在发文策略上可以选择拆开几篇文章来发表的这种发文策略。如微信文章《三篇共20分!基迪奥客户“一鱼多吃”文章解析》《【项目示例】 单细胞转录组数据“高质量“运用》

(5)在水产类动物的单细胞测序项目经验上,基迪奥有丰富的项目经验。目前已发表的研究分化发育的水产类文章有7篇,并且使用一份数据发表多篇文章(5篇文章)的项目经验有两个,还有研究其他水产类问题的文章有3篇。

案例详细解读

  • 中文题目:scRNA-seq揭示斑马鱼肌间骨形成的遗传特征[1]
  • 发表期刊:National Science Review(IF=23.18)
  • 发表时间:2022年8月

研究目的

肌间骨(IBs)是很硬的针状体,还因为它又小又尖,限制了鱼的加工,如果卡在消费者的喉咙会造成创伤,因此影响了消费者对鱼的吸引力。但目前硬骨鱼IBs的发生机制还不了解,所以本研究基于斑马鱼的scRNA-seq队IB组装的特征进行评估。

测序样品

取60dpf野生型斑马鱼的尾肌进行scRNA-seq

研究结果

为了分析IB发生组织的细胞多样性,通过scRNA-seq数据聚类并注释了与IB形成密切相关的成骨细胞(图1B)。为了了解IB相关成骨细胞的起源,使用monocle2研究了IB发育过程中的成骨细胞分化谱系。分化轨迹图显示肌腱祖细胞向成熟的肌腱细胞或成骨细胞分化(图1C),对4个细胞簇进行功能富集分析,GO富集发现成骨细胞簇在调节解剖结构发育和多细胞生物发育两方面富集,筛选了高表达的矿化相关及成骨和肌腱发育调节基因,并且将这些基因作为IB形成的关键候选基因。通过分析它们在肌腱祖细胞到成熟的肌腱细胞或成骨细胞分化轨迹中的表达模式,最终确定了10个关键的候选调控基因(图1D)。接着通过CRISPR-Cas9突变体来评估筛选的候选基因,最终发现runx2b缺失后,IBs完全消失。这个研究为遗传育种针对runx2b调控,养殖无IBs的鱼系,提升消费者安全和经济价值具有深远影响。

图1 斑马鱼尾肌细胞图谱及成骨细胞分化发育轨迹

  • 中文题目:scRNA-seq揭示对虾血细胞亚群和细胞分化过程[2]
  • 发表期刊:eLife (IF=8.71)
  • 发表时间:2021年6月

研究目的

甲壳类水产是渔业的主要经济来源。血细胞是虾免疫系统的关键成分,然而,它们的分类和分化仍存在争议。本研究利用scRNA-seq对日本对虾血细胞进行研究。

测序样品

取对虾的血细胞进行scRNA-seq。

研究结果

由于甲壳类动物基因组的简单序列重复比例极高,所以需要高质量的参考基因组来做scRNA分析。因此本文使用short-reads和long-reads测序进行de novo组装,后续的分析都是常规操作。接着对血细胞分化发育的动态进行分析,根据细胞周期分析得知,Hem1是血细胞的初始状态,因为hem1表达细胞增殖相关基因(图2C)。从轨迹图中可知,从起点开始分化,主要有两个谱系,hem6在端点处,并且该分化过程是连续的,与前人关于甲壳类造血机制的观点一致(图2D)。最后还发现了可能在血细胞分化中发挥关键作用的细胞生长因子。这些结果提高了对虾免疫系统的认识。

图2 对虾血细胞图谱及分化轨迹

  • 中文题目:scRNA-seq绘制扇贝内收肌细胞图谱(基迪奥客户文章)[3]
  • 发表期刊:Genomics (IF=5.73)
  • 发表时间:2021年8月

研究目的

对海洋无脊椎动物细胞图谱的研究有助于了解细胞类型和细胞分化谱系。为了研究软体动物肌肉中各种细胞类型的分子特征,作者使用scRNA-seq来绘制扇贝内收肌中的细胞类型。

测序样品

取内收肌横纹肌和平滑肌分别进行scRNA-seq

研究结果

绘制了包含20个亚群的细胞图谱,鉴定了四大种细胞类型。利用拟时分析分别重建了神经相关细胞类型、肌肉相关细胞亚群和血细胞相关亚群的分化发育轨迹。对于神经相关细胞,分化有四个不同的阶段,从MSC分支出两个轨迹。血细胞也发现了两种主要的细胞谱系,同时鉴定了各分支的高表达标记基因。

图3 扇贝内收肌细胞分化发育轨迹

研究水产类分化发育的其他基迪奥客户文章

基迪奥客户文章都是细胞图谱+分化发育研究细胞的异质性,所以我们公司有丰富的scRNA-seq水产类动物的项目经验。详情咨询当地销售或电话客服。


参考文献

[1] Nie, Chun-Hong, et al. "Single-cell transcriptomes and runx2b−/− mutants reveal the genetic signatures of intermuscular bone formation in zebrafish." National Science Review (2022).
[2] Koiwai, Keiichiro, et al. "Single-cell RNA-seq analysis reveals penaeid shrimp hemocyte subpopulations and cell differentiation process." Elife 10 (2021): e66954.
[3] Sun, Xiujun, et al. "Cell type diversity in scallop adductor muscles revealed by single-cell RNA-Seq." Genomics 113.6 (2021): 3582-3598.
[4] Niu, Jinzhong, et al. "Single-cell RNA-seq reveals different subsets of non-specific cytotoxic cells in teleost." Genomics 112.6 (2020): 5170-5179.
[5] Wang, Qing, et al. "Single-cell RNA-seq landscape midbrain cell responses to red spotted grouper nervous necrosis virus infection." PLoS pathogens 17.6 (2021): e1009665.
[6] Wu, Liting, et al. "A single-cell transcriptome profiling of anterior kidney leukocytes from Nile tilapia (Oreochromis niloticus)." Frontiers in immunology 12 (2021).
[7] Zhu, Weilin, et al. "Single-Cell Ribonucleic Acid Sequencing Clarifies Cold Tolerance Mechanisms in the Pacific White Shrimp (Litopenaeus Vannamei)." Frontiers in genetics 12 (2021).
[8] Meng, Jie, et al. "Functional heterogeneity of immune defenses in molluscan oysters Crassostrea hongkongensis revealed by high-throughput single-cell transcriptome." Fish & Shellfish Immunology 120 (2022): 202-213.
[9] Yang, Peng, et al. "Single-cell RNA sequencing analysis of shrimp immune cells identifies macrophage-like phagocytes." Elife 11 (2022): e80127.


*未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本篇文章之部分或全部内容。版权所有,侵权必究。

本文作者:基迪奥-Jusser

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