【學術前沿】浙江大學醫學院郭國驥團隊發表基于跨物種細胞圖譜的譜系進化研

?2021-03-05 21:53 ?54人閱讀 ? 雙一流大學網

浙江大學基礎醫學院/良渚實驗室郭國驥團隊利用多物種單細胞轉錄組數據庫,系統推測細胞類型的演化,追蹤主要細胞譜系的起源及多樣性。
北京時間2021年3月3日凌晨,《細胞報告》(Cell Reports)在線發表了這一研究成果。

【學術前沿】浙江大學醫學院郭國驥團隊發表基于跨物種細胞圖譜的譜系進化研

細胞類型是多分子生物的基本單位。后生動物是由不同結構和功能的細胞類型組成的,如:上皮神經、肌肉、神經細胞等。細胞類型的數目和總類別伴隨著物種進化而改變,細胞類型已經被當作“進化單位”,具有獨立進化的潛力。細胞類型的演化是比較細胞生物學的至關重要的一環,而在物種進化進程中,關于細胞類型起源:細胞類型的多樣性和新細胞類型的出現,這方面研究迄今為止還是非常欠缺。
郭國驥團隊的博士后王晶晶、博士研究生孫慧宇、博士后姜蒙蒙、博士研究生李佳琦等利用迄今為止最大數量的完整細胞圖譜的單細胞轉錄組數據,提出了跨物種細胞類型的進化層次結構樹,全面表征進化過程中細胞類型的保守性和多樣性,并探索轉錄因子調控在細胞類型演化中的重要作用。

【學術前沿】浙江大學醫學院郭國驥團隊發表基于跨物種細胞圖譜的譜系進化研

跨物種細胞譜系的進化層次結構圖
研究人員首先收集目前已發的完整細胞圖譜數據,包括3個脊椎動物和4個無脊椎動物:人類、小鼠、斑馬魚、海鞘、線蟲、渦蟲和水螅。利用生物信息學方法對7個物種的單細胞圖譜進行比較分析;接著,構建了跨物種細胞譜系的進化層次結構樹揭示細胞類型的起源和多樣性;最后,利用轉錄因子的調控關系來驗證所提出的細胞類型的同源性。
該研究發現,7個物種的90%以上的細胞類型存在物種間的相似性。其中,肌肉和神經細胞在7個物種中高度保守,而免疫細胞、基質細胞、上皮細胞、分泌細胞和內皮細胞在整個脊椎動物中均表現出顯著的保守性。另外,基質細胞和肌肉細胞是從共同的祖先細胞狀態演化而來的,而脊椎動物的分泌細胞和神經細胞的功能相似性反映了趨同進化。
在無脊椎動物系統中,研究人員確定了重要的進化節點。例如,無脊椎動物中重要的免疫功能細胞,包括:gastrodermis (水螅), phagocytes (渦蟲), coelomocytes (線蟲)等。此外,該研究揭示了跨細胞類別高活性的重要轉錄調控因子,探討了它們的細胞譜系特異性及其在調節細胞譜系的功能重要性。
這項研究揭示了物種進化過程中細胞類型的保守性和多樣性,探討了細胞類型譜系特異的保守轉錄因子的特征,拓寬了比較基因組視野。這項研究為跨平臺跨物種的細胞類型的比較提供了較好的框架,為未來多物種圖譜的比較提供了參考。
論文并列通訊作者包括浙江大學醫學院郭國驥、浙江大學附屬婦產科醫院張丹及紐約大學袁國丞。論文獲得了國家重點研發計劃及國家自然科學基金的支持。
相關論文信息:
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108803
來源:小柯生命
原標題:《【學術前沿】浙江大學醫學院郭國驥團隊發表基于跨物種細胞圖譜的譜系進化研究》
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