郭国骥课题组《Nature communications》发表非洲爪蟾单细胞图谱并解析变态发育过程的调控机制
2022年7月26日，浙江大学基础医学院/浙江省良渚实验室郭国骥团队在Nature Communications上发表了文章“Cell landscape of larval and adult Xenopus laevis at single-cell resolution”，利用自主研发的Microwell-seq高通量单细胞测序平台绘制两栖动物非洲爪蟾的单细胞图谱。该图谱包含成年非洲爪蟾17个组织/器官和4个变态发育的时期，获得超过500,000个单细胞转录组数据，结合已发表的人、鼠、鱼单细胞图谱，鉴定出脊椎动物保守的细胞谱系调控因子和变态发育过程中不同谱系共同的生物调控进程。
随着单细胞高通量测序技术的兴起，人类、猴、小鼠、斑马鱼和果蝇等物种多组织多器官的单细胞图谱陆续绘制完成。然而，在物种进化的进程中，两栖动物是由水生到陆生的关键枢纽，两栖动物单细胞图谱的缺失使得人们无法很好的解析物种进化的层级。
该研究首先比较了斑马鱼、非洲爪蟾、小鼠和人的细胞谱系保守性，发现相比于其它细胞谱系，内皮细胞在脊椎动物进化过程中具有较高的保守性。同时比较了四个物种各个谱系的转录因子，鉴定出脊椎动物谱系保守的调控因子。研究还比较了斑马鱼、非洲爪蟾和小鼠的呼吸系统，发现非洲爪蟾的肺上皮细胞和斑马鱼鱼鳔的上皮细胞以及小鼠的一型肺上皮细胞，二型肺上皮细胞具有高度的关联性，而非洲爪蟾的肺除上皮细胞外还具有与斑马鱼腮高度关联的离子细胞，这些发现从单细胞水平阐述了水生、两栖和陆生动物呼吸系统的进化关系。
变态发育是一个由成年细胞替代幼年细胞的自我更新及器官重塑的过程，团队对非洲爪蟾变态发育的四个关键时期（NF48（变态发育前期），NF54（变态发育早期），NF59（变态发育高峰期），NF66（变态发育结束期））进行解析，探索参与变态发育的关键调控因素。研究发现，仅在NF59时期存在一种同时表达hbd（幼年特异）和hba1（成年特异）的红细胞亚群。该细胞亚群的存在说明幼年红细胞向成年红细胞的转化存在着一定的中间过渡态，并不是简单的清除掉幼年红细胞，重新生成成年红细胞的过程。最后，研究通过对具有代表性的来源于三个胚层的细胞类型进行综合分析发现，抗原呈递过程是变态发育过程中多谱系共同的生物进程，推测抗原呈递在变态发育的器官重塑过程中扮演着重要的角色。
浙江大学基础医学院博士后廖原，硕士生马立枫和浙江大学爱丁堡大学联合学院本科生郭淇乐等人为本文共同第一作者。浙江大学基础医学院韩晓平教授、郭国骥教授、杭州师范大学沈万华教授为为本文的通讯作者。研究获得了国家重点研发计划，国家自然科学基金、浙江省自然科学基金的支持。
图文|郭国骥课题组
编辑|郭静娴
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